[论文解读] HATS-19b, HATS-20b, HATS-21b: Three Transiting Hot-Saturns Discovered by the HATSouth Survey

W. Bhatti, G. Á. Bakos+25 more|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 6

一句话总结

本文报告了通过HATSouth巡天发现三颗凌星热土星系外行星——HATS-19b、HATS-20b和HATS-21b。研究揭示了多样的行星特性，包括显著膨胀的半径和偏心轨道，并确认了平衡温度与行星半径之间存在显著正相关性，同时发现恒星金属量与半径之间存在微弱负相关性。

ABSTRACT

We report the discovery by the HATSouth exoplanet survey of three hot-Saturn transiting exoplanets: HATS-19b, HATS-20b, and HATS-21b. The planet host HATS-19 is a slightly evolved V = 13.0 G0 star with [Fe/H] = 0.240, a mass of 1.303 Msun, and a radius of 1.75 Rsun. HATS-19b is in an eccentric orbit (e = 0.30) around this star with an orbital period of 4.5697 days and has a mass of 0.427 Mjup and a highly inflated radius of 1.66 Rjup. The planet HATS-20b has a Saturn-like mass and radius of 0.273 Mjup and 0.776 Rjup respectively. It orbits the V = 13.8 G9V star HATS-20 (Ms = 0.910 Msun; Rs = 0.892 Rsun) with a period of 3.7993 days. Finally, HATS-21 is a V = 12.2 G4V star with [Fe/H] = 0.300, a mass of 1.080 Msun, and a radius of 1.021 Rsun. Its accompanying planet HATS-21b has a 3.5544-day orbital period, a mass of 0.332 Mjup, and a moderately inflated radius of 1.123 Rjup. With the addition of these three very different planets to the growing sample of hot-Saturns, we re-examine the relations between the observed giant planet radii, stellar irradiation, and host metallicity. We find a significant positive correlation between planet equilibrium temperature and radius, and a weak negative correlation between host metallicity and radius. To assess the relative influence of various physical parameters on observed planet radii, we train and fit models using Random Forest regression. We find that for hot-Saturns (0.1 < Mp < 0.5 Mjup), the planetary mass and equilibrium temperature play dominant roles in determining radii. For hot-Jupiters (0.5 < Mp < 2.0 Mjup), the most important parameter is equilibrium temperature alone. Finally, for irradiated higher-mass planets (Mp > 2.0 Mjup), we find that equilibrium temperature dominates in influence, with smaller contributions from planet mass and host metallicity.

研究动机与目标

• 利用HATSouth巡天在热土星质量与半径范围内识别并表征凌星系外行星。
• 研究热土星的行星半径、恒星辐照度与宿主恒星金属量之间的关系。
• 通过光电与光谱分析确定宿主恒星及其行星伴星的物理参数。
• 评估恒星金属量与辐照度在驱动行星半径膨胀中的作用。
• 为日益增长的热土星样本提供新的数据点，以检验行星演化模型。

提出的方法

• 利用HATSouth巡天的广角光变监测，在目标恒星的光 light curves 中检测凌星事件。
• 使用FEROS、HARPS和PFS光谱仪进行高精度径向速度测量，以确认行星质量。
• 通过谱谱能量分布拟合与高分辨率光谱学进行恒星表征，以确定宿主恒星参数。
• 应用凌星建模，从光变曲线中推导出行星半径与轨道周期。
• 利用Rossiter-McLaughlin效应评估轨道对齐性，并排除受凌星污染的数据点。
• 应用机器学习（随机森林模型）与经验关系式（E12）基于质量、辐照度与金属量预测行星半径。

实验结果

研究问题

• RQ1 新发现的热土星HATS-19b、HATS-20b和HATS-21b的物理与轨道参数是什么？
• RQ2 这些行星的平衡温度与宿主恒星金属量如何与它们观测到的半径相关？
• RQ3 这些热土星的观测半径在多大程度上偏离了基于辐照度与质量的理论预测？
• RQ4 在恒星金属量与辐照度水平的背景下，行星膨胀具有何种意义？
• RQ5 HATSouth发现的行星在半径膨胀与轨道偏心率方面与其它已知热土星相比如何？

主要发现

• HATS-19b是一颗高度膨胀的热土星，半径为1.66+0.27/-0.21 R_J，围绕一颗富含金属的G0型恒星运行，[Fe/H] = 0.240 ± 0.050。
• HATS-19b具有偏心轨道（e = 0.30 ± 0.10）与短轨道周期4.5697天，表明存在强烈的潮汐相互作用。
• HATS-20b具有土星质量（0.273 ± 0.035 M_J）与半径（0.776 ± 0.055 R_J），围绕一颗质量较小的G9V型恒星运行，周期为3.7993天。
• HATS-21b是一颗中等膨胀的行星，半径为1.123+0.147/-0.054 R_J，围绕一颗明亮的G4V型恒星运行，[Fe/H] = 0.300 ± 0.040，周期为3.5544天。
• 本研究确认了在热土星样本中，平衡温度与行星半径之间存在显著正相关性。
• 发现宿主恒星金属量与行星半径之间存在微弱负相关性，表明与辐照度相比，金属量在半径膨胀中可能仅起次要作用。