[论文解读] Radial-velocity discovery of a second planet in the TOI-1338/BEBOP-1 circumbinary system

Matthew R. Standing, S. Lalitha+25 more|arXiv (Cornell University)|Jan 25, 2023

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 6

一句话总结

本研究报告了在TOI-1338系统中首次通过径向速度法探测到绕双星运行的系外行星，即TOI-1338/BEBOP-1c，该行星质量为65.2地球质量的气态巨行星，轨道周期为215.5天，位于多行星TOI-1338系统中。该发现证实该系统为迄今仅有的第二个已知的多行星绕双星系统，使利用詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）对内层凌星行星TOI-1338b进行关键的大气后续观测成为可能，其透射光谱度量（TSM）为39，若行星质量更低则灵敏度可能更高。

ABSTRACT

We report the detection of a gas-giant planet in orbit around both stars of an eclipsing binary star system that also contains the smaller, inner transiting planet TOI-1338b. The new planet, called TOI-1338/BEBOP-1c, was discovered using radial-velocity data collected with the HARPS and ESPRESSO spectrographs. Our analysis reveals it is a $65.2~ m{M_{\oplus}}$ circumbinary planet with a period of $215.5~$days. This is the first detection of a circumbinary planet using radial-velocity observations alone, and makes TOI-1338/BEBOP-1 only the second confirmed multiplanet circumbinary system to date. We do not detect the smaller inner transiting planet with radial-velocity data, and can place an upper limit on the inner planet's mass at $21.8~\mathrm{M}_\oplus$ with $99\%$ confidence. The inner planet is the first circumbinary planet amenable for atmospheric characterisation, using the James Webb Space Telescope.

研究动机与目标

• 利用径向速度数据探测并表征TOI-1338/BEBOP-1绕双星系统中的第二颗行星。
• 通过高精度径向速度测量，确定新发现的绕双星行星TOI-1338/BEBOP-1c的质量和轨道参数。
• 基于径向速度未检测到信号，为内层凌星行星TOI-1338b设定质量上限。
• 评估利用詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）对TOI-1338b进行大气表征的潜力。
• 利用观测到的轨道参数，检验绕双星盘中行星形成与迁移的理论模型。

提出的方法

• 利用甚大望远镜上的HARPS和ESPRESSO光谱仪收集径向速度测量数据，以探测由行星轨道引起的多普勒频移。
• 对径向速度数据进行分析，以建模外层行星TOI-1338/BEBOP-1c对双星系统引力影响。
• 采用贝叶斯建模方法推导外层行星的轨道参数和质量，得出其质量为65.2 M⊕，轨道周期为215.5天。
• 通过径向速度数据未检测到信号，对内层行星TOI-1338b的质量进行约束，得出99%置信度上限为21.8 M⊕。
• 利用行星半径、平衡温度及恒星J波段星等计算透射光谱度量（TSM），以评估JWST观测的可行性。
• 通过尘埃颗粒吸积模拟，对系统的动力学演化进行建模，并检验其与观测轨道周期的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 径向速度技术能否在已通过凌星法探测到内层行星的TOI-1338绕双星系统中探测到第二颗行星？
• RQ2 新发现的外层绕双星行星TOI-1338/BEBOP-1c的质量和轨道周期是多少？
• RQ3 基于径向速度未检测到信号，可为内层凌星行星TOI-1338b的质量设定多高的上限？
• RQ4 TOI-1338/BEBOP-1b是否是詹姆斯·韦布空间望远镜进行大气表征的可行目标？
• RQ5 该系统的观测轨道参数与绕双星盘中行星形成与迁移的理论模型相比如何？

主要发现

• 通过径向速度测量探测到外层行星TOI-1338/BEBOP-1c，其质量为65.2 M⊕，轨道周期为215.5天。
• 这是首次仅通过径向速度数据确认探测到绕双星运行的系外行星，标志着一种新的探测方法的建立。
• 基于径向速度未检测到信号，内层行星TOI-1338b的99%置信度质量上限为21.8 M⊕。
• 该系统被确认为第二个已知的多行星绕双星系统，内层行星轨道周期为95天，外层行星为215.5天。
• TOI-1338/BEBOP-1b的透射光谱度量（TSM）为39，表明其在JWST观测下具有强烈的表征大气潜力，尤其当其质量低于上限时更明显。
• 模拟结果表明，该系统的构型——外层行星位于稳定极限内侧——可通过盘驱动迁移在达到2:1共振前停止来解释。