[論文レビュー] Transiting planets from WASP-South, Euler and TRAPPIST: WASP-68 b, WASP-73 b and WASP-88 b, three hot Jupiters transiting evolved solar-type stars

L. Delrez, V. Van Grootel+20 more|Warwick Research Archive Portal (University of Warwick)|Dec 6, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 54被引用数 21

ひとこと要約

本論文では、WASP-South、Euler、TRAPPIST調査データの光度的および分光的フォローアップを用いて、3つの新しいトランジットを示すホット・ジュピター（WASP-68 b、WASP-73 b、WASP-88 b）の発見を報告している。主な発見として、WASP-88 bの超拡張半径（1.70 ± 0.13 R_Jup）、高精度な質量・半径測定、低金属性と潮汐的または大気加熱メカニズムによる惑星の膨張と関連する証拠が挙げられる。

ABSTRACT

We report the discovery by the WASP transit survey of three new hot Jupiters, WASP-68 b, WASP-73 b and WASP-88 b. WASP-68 b has a mass of 0.95+-0.03 M_Jup, a radius of 1.24-0.06+0.10 R_Jup, and orbits a V=10.7 G0-type star (1.24+-0.03 M_sun, 1.69-0.06+0.11 R_sun, T_eff=5911+-60 K) with a period of 5.084298+-0.000015 days. Its size is typical of hot Jupiters with similar masses. WASP-73 b is significantly more massive (1.88-0.06+0.07 M_Jup) and slightly larger (1.16-0.08+0.12 R_Jup) than Jupiter. It orbits a V=10.5 F9-type star (1.34-0.04+0.05 M_sun, 2.07-0.08+0.19 R_sun, T_eff=6036+-120 K) every 4.08722+-0.00022 days. Despite its high irradiation (2.3 10^9 erg s^-1 cm^-2), WASP-73 b has a high mean density (1.20-0.30+0.26 ρ_Jup) that suggests an enrichment of the planet in heavy elements. WASP-88 b is a 0.56+-0.08 M_Jup planet orbiting a V=11.4 F6-type star (1.45+-0.05 M_sun, 2.08-0.06+0.12 R_sun, T_eff=6431+-130 K) with a period of 4.954000+-0.000019 days. With a radius of 1.70-0.07+0.13 R_Jup, it joins the handful of planets with super-inflated radii. The ranges of ages we determine through stellar evolution modeling are 4.2-8.3 Gyr for WASP-68, 2.7-6.4 Gyr for WASP-73 and 1.8-5.3 Gyr for WASP-88. WASP-73 appears to be a significantly evolved star, close to or already in the subgiant phase. WASP-68 and WASP-88 are less evolved, although in an advanced stage of core H-burning.

研究の動機と目的

• WASP-South、Euler、TRAPPIST調査のフォローアップとして光度的および分光的データを用いて、新たなトランジットを示す系外惑星を同定・特徴づけること。
• 進化した太陽型星の周りを回る新規に発見されたホット・ジュピターの正確な質量、半径、軌道パラメータを特定すること。
• 特に低質量・低密度惑星（WASP-88 bなど）における惑星の膨張機構を、星の金属量と放射照射効果の分析を通じて調査すること。
• 密度測定を用いて、WASP-73 bのような巨大ホット・ジュピターの内部構造と重元素の蓄積状態を評価すること。

提案手法

• WASP-South、Euler、TRAPPIST望遠鏡のトランジット光度測定を用いて、対象星の光曲線における惑星のトランジットを検出した。
• 高精度分光器を用いたドップラー速度測定を実施し、惑星の同伴を確認するとともに、惑星質量を決定した。
• 高分解能分光法を用いて星の大気パラメータを分析し、主星の有効温度、金属量、表面重力加速度を導出した。
• 光度測定と分光測定データを星の進化モデルと組み合わせ、星の年齢と進化段階を推定した。
• 観測された惑星半径と理論的予測を比較するため、経験的半径–放射照射関係（例：Weiss et al. 2013；Enoch et al. 2011）を適用した。
• パラメータの不確実性を伴う後方確率分布を求めるために、マルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）法を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 新規に発見されたトランジットを示す系外惑星WASP-68 b、WASP-73 b、WASP-88 bの正確な質量、半径、公軌道周期は何か？
• RQ2 これらの惑星の観測された半径は、質量と放射照射に基づく理論的予測からどの程度逸脱しているか？
• RQ3 低金属量が、低質量で高半径を示すWASP-88 bの膨張半径を説明する上で果たす役割は何か、特にその低質量と高半径の組み合わせを踏まえて。
• RQ4 潮汐的進化と大気エネルギーの吸収メカニズムが、低密度ホット・ジュピター（WASP-88 bなど）の膨張にどのように寄与しているか？
• RQ5 主星の進化状態は何か？また、星の進化が惑星パラメータの解釈にどのように影響するか？

主な発見

• WASP-68 bは、質量0.95 ± 0.03 M_Jup、半径1.24 ± 0.10 R_JupのG0型星を公軌道に回る惑星であり、質量と放射照射の観点から見ると典型的な半径を示している。
• WASP-73 bは質量1.88 ± 0.07 M_Jupの巨大惑星で、密度1.20 ± 0.26 ρ_Jupの高密度を示しており、強い放射照射（約2.3 × 10^9 erg s⁻¹ cm⁻²）にもかかわらず、重元素の蓄積が起こっている可能性を示唆している。
• WASP-88 bは低密度で超拡張された惑星であり、質量0.56 ± 0.08 M_Jup、半径1.70 ± 0.13 R_Jupで、知られているトランジットを示す系外惑星の中で2番目に低密度（ρ_p = 0.11 ± 0.03 ρ_Jup）。
• WASP-88 bの半径は、Weiss et al. (2013) や Enoch et al. (2011) の予測を上回っており、標準モデルを超えた顕著な膨張が示唆される。
• 星の進化モデルの結果、WASP-73はおそらく準巨星分類（年齢2.7–6.4 Gyr）にあり、WASP-68とWASP-88はより進化が遅れているが、中心水素燃焼の進行段階（それぞれ年齢4.2–8.3 Gyr、1.8–5.3 Gyr）にあると推定される。
• WASP-88の主星の低金属量（[Fe/H] = –0.08 ± 0.12）は、惑星の膨張半径と相関しており、低金属量の星がより多くの低質量惑星を伴う膨張を示すという仮説を支持する。