[论文解读] HATS-71b: A giant planet transiting an M3 dwarf star in TESS Sector 1

G. Á. Bakos, Daniel Bayliss+42 more|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 5

一句话总结

本文报告了HATS-71b的发现与表征，这是一颗围绕M3型矮星运行的凌星气态巨行星（质量为0.45±0.24 M_J），公转周期为3.7955天。该行星在一次深度为4.7%的掩食中发生凌星，是目前已知最冷的M型矮星宿主的热木星，其参数通过地面光学测光、光谱、成像以及TESS空间测光数据得到确认，Gaia DR2提供了恒星参数支持，并提示可能存在一个未解析的双星伴星。

ABSTRACT

We report the discovery of HATS-71b, a transiting gas giant planet on a P = 3.7955 day orbit around a G = 15.35 mag M3 dwarf star. HATS-71 is the coolest M dwarf star known to host a hot Jupiter. The loss of light during transits is 4.7%, more than any other confirmed transiting planet system. The planet was identified as a candidate by the ground-based HATSouth transit survey. It was confirmed using ground-based photometry, spectroscopy, and imaging, as well as space-based photometry from the NASA TESS mission (TIC 234523599). Combining all of these data, and utilizing Gaia DR2, we find that the planet has a radius of $1.080 \pm 0.016 R_J$ and mass of $0.45 \pm 0.24 M_J$ (95% confidence upper limit of $0.81 M_J$ ), while the star has a mass of $0.569 \pm^{0.042}_{0.069}\,M_\odot$ and a radius of $0.5161\pm^{0.0053}_{0.0099}\,R_\odot$. The Gaia DR2 data show that HATS-71 lies near the binary main sequence in the Hertzsprung-Russell diagram, suggesting that there may be an unresolved stellar binary companion. All of the available data is well fitted by a model in which there is a secondary star of mass $0.24 M_\odot$, although we caution that at present there is no direct spectroscopic or imaging evidence for such a companion. Even if there does exist such a stellar companion, the radius and mass of the planet would be only marginally different from the values we have calculated under the assumption that the star is single.

研究动机与目标

• 利用多波段测光与光谱数据，识别并确认一颗围绕低温M型矮星运行的凌星系外行星。
• 表征HATS-71b及其恒星的物理参数，包括质量、半径与轨道参数。
• 利用Gaia DR2天体测量与光变曲线建模，探究其宿主恒星可能存在双星伴星的可能性。
• 评估该行星通过凌日光谱法进行大气表征的潜力，鉴于其较高的掩食深度。
• 展示地面凌星巡天（HATSouth）与TESS在利用高精度空间测光曲线确认系外行星候选者方面的协同效应。

提出的方法

• 该行星最初由HATSouth巡天通过1米级望远镜的地面测光数据识别为凌星候选体。
• 后续的测光、高分辨率光谱与成像观测用于确认该信号的行星性质，并排除假阳性信号。
• NASA的TESS任务提供了2分钟采样率的空间测光数据（TIC 234523599），提升了二次凌日约束的精度。
• 恒星参数通过Gaia DR2视差、测光与谱谱能量分布拟合获得，额外结合演化模型进行约束。
• 径向速度测量用于测定行星质量，95%置信上限为0.81 M_J。
• 基于F、G与K型恒星周围类比天体的预期凌日光谱信号深度（300–700 ppm），估算其大气表征潜力。

实验结果

研究问题

• RQ1 HATS-71b是一颗围绕M3型矮星运行的凌星行星，其物理与轨道参数为何？
• RQ2 4.7%的高掩食深度是否与围绕低质量恒星运行的气态巨行星一致？这对行星系统结构有何启示？
• RQ3 Gaia DR2数据是否能指示其宿主恒星存在未解析双星伴星？
• RQ4 HATS-71b通过凌日光谱法进行大气表征的潜力如何？其信号强度与已知其他系外行星相比如何？
• RQ5 地面凌星巡天与TESS在利用高精度空间测光曲线确认系外行星候选者方面，协同效应有多高效？

主要发现

• HATS-71b是一颗气态巨行星，质量为0.45±0.24 M_J，半径为1.080±0.016 R_J，公转周期为3.7955天。
• 其宿主恒星为M3型矮星，质量为0.569+0.042−0.069 M_☉，半径为0.5161+0.0053−0.0099 R_☉，是目前已知宿主热木星的最冷M型矮星。
• 掩食深度为4.7%，在所有已确认的凌星系外行星系统中最大，表明其行星与恒星半径比极大。
• Gaia DR2数据显示该恒星位于双星主序带附近，一个质量为0.24 M_☉的伴星模型可拟合数据，但目前尚无直接的光谱或成像证据。
• 该行星的凌日光谱信号估计为300–700 ppm，表明其具备利用当前及未来望远镜进行大气表征的潜力。
• TESS光 light curve 虙虽未显著提升行星半径或周期的精度，但实现了对二次凌日更可信的排除，验证了凌日模型。