[论文解读] A Uniform Search for Nearby Planetary Companions to Hot Jupiters in TESS Data Reveals Hot Jupiters are Still Lonely

Benjamin J. Hord, Knicole D. Colón+13 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 94被引用 29

一句话总结

本研究利用TESS第1周期南天黄道带数据，对184颗已确认的热木星系统进行了统一、系统的近邻行星伴星搜寻。采用每2分钟采样率和30分钟全帧图像的Transit Least Squares（TLS）算法，未发现轨道周期小于14天的新统计验证行星候选体，支持热木星主要为孤立系统的结论。

ABSTRACT

We present the results of a uniform search for additional planets around all stars with confirmed hot Jupiters observed by the Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) in its Cycle 1 survey of the southern ecliptic hemisphere. Our search comprises 184 total planetary systems with confirmed hot Jupiters with $R_{p}$ > 8$R_\oplus$ and orbital period < 10 days. The Transit Least Squares (TLS) algorithm was utilized to search for periodic signals that may have been missed by other planet search pipelines. While we recovered 169 of these confirmed hot Jupiters, our search yielded no new statistically-validated planetary candidates in the parameter space searched (P < 14 days). A lack of planet candidates nearby hot Jupiters in the TESS data supports results from previous transit searches of each individual system, now down to the photometric precision of TESS. This is consistent with expectations from a high eccentricity migration formation scenario, but additional formation indicators are needed for definitive confirmation. We injected transit signals into the light curves of the hot Jupiter sample to probe the pipeline's sensitivity to the target parameter space, finding a dependence proportional to $R_{p}^{2.32}P^{-0.88}$ for planets within 0.3$\leq$$R_{p}$$\leq$4 $R_\oplus$ and 1$\leq$$P$$\leq$14 days. A statistical analysis accounting for this sensitivity provides a median and $90\%$ confidence interval of $7.3\substack{+15.2 \\ -7.3}\%$ for the rate of hot Jupiters with nearby companions in this target parameter space. This study demonstrates how TESS uniquely enables comprehensive searches for nearby planetary companions to nearly all the known hot Jupiters.

研究动机与目标

• 对TESS第1周期南天调查数据中的所有已确认热木星系统开展全面、统一的近邻行星伴星搜寻。
• 评估Transit Least Squares（TLS）流程在探测热木星周围小型、短周期行星方面的敏感度。
• 在定义的参数空间内，统计估算热木星附近伴星的出现率。
• 比较TLS与现有流程（SPOC和QLP）在探测小型、浅深度掩食信号时的检测效率。
• 基于TESS第1周期数据，提供更新的热木星凌日星历表。

提出的方法

• 对184个热木星系统（Rp > 8R⊕，P < 10天）的PDC-SAP和FFI光曲线应用Transit Least Squares（TLS）算法。
• 同时使用默认和掠食型掩食模型形状，以最大化对小型、内侧行星的探测能力。
• 利用DAVE和vespa对候选信号进行评估，确保假阳性概率低于1%以验证行星候选体。
• 向光曲线中注入合成掩食信号，校准检测敏感度随行星半径（Rp）和轨道周期（P）的变化。
• 将敏感度依赖关系建模为R².³²ₚ P⁻⁰.⁸⁸，以校正统计分析中的探测偏差。
• 采用敏感度校正后的检测率进行统计分析，以估算真实伴星出现率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在TESS南天黄道带中，热木星周围近邻行星伴星（1 ≤ P ≤ 14天，0.3 ≤ Rp ≤ 4 R⊕）的真实出现率是多少？
• RQ2 在热木星系统中，TLS算法是否比标准SPOC和QLP流程检测到更多小型、浅深度掩食信号？
• RQ3 未检测到伴星是否与高偏心率迁移作为热木星主要形成机制一致？
• RQ4 在TESS数据中，热木星系统的检测敏感度如何随行星半径和轨道周期变化？
• RQ5 基于TESS第1周期数据的更新凌日星历表是否比以往测量更精确？

主要发现

• 在所研究的184个热木星系统中，未发现轨道周期小于14天的新统计验证行星候选体。
• 经敏感度校正的统计分析显示，每颗热木星附近伴星（0.3 ≤ Rp ≤ 4 R⊕，1 ≤ P ≤ 14天）的中位出现率为7.3+15.2−7.3%。
• 检测敏感度与R².³²ₚ P⁻⁰.⁸⁸成正比，表明对更大行星和更短周期的探测更敏感。
• 本研究证实热木星主要仍为孤立系统，支持高偏心率迁移假说。
• TLS流程成功恢复了184颗已确认热木星中的169颗，表明其信号恢复具有高保真度。
• 基于TESS第1周期数据的更新凌日星历表在大多数系统中显示出更精确的行星半径和周期测量，且偏心率估计值略高于文献值。