[论文解读] Six newly-discovered hot Jupiters transiting F/G stars: WASP-87b, WASP-108b, WASP-109b, WASP-110b, WASP-111b & WASP-112b ⋆

D. R. Anderson, D. J. A. Brown+21 more|arXiv (Cornell University)|Oct 13, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 3被引用 7

一句话总结

本论文通过WASP-South巡天及后续的光度和光谱观测，发现了六个新的凌星热木星——WASP-87b、WASP-108b、WASP-109b、WASP-110b、WASP-111b和WASP-112b。主要发现包括：在一颗中等F型恒星周围探测到一颗近共面轨道的行星（WASP-111b）；在WASP-111中发现恒星活动的变异性；以及将WASP-112b识别为一颗低金属量、低密度的行星，其特性对标准恒星模型构成挑战。

ABSTRACT

We present the discoveries of six transiting hot Jupiters: WASP-87b, WASP-108b, WASP-109b, WASP-110b, WASP-111b and WASP-112b. The planets have masses of 0.51--2.2 $M_{ m Jup}$ and radii of 1.19--1.44 $R_{ m Jup}$ and are in orbits of 1.68--3.78 d around stars with masses 0.81--1.50 $M_{ m \odot}$. WASP-111b is in a prograde, near-aligned ($\lambda = -5 \pm 16^\circ$), near-circular ($e < 0.10$ at 2 $\sigma$) orbit around a mid-F star. As tidal alignment around such a hot star is thought to be inefficient, this suggests that either the planet migrated inwards through the protoplanetary disc or that scattering processes happened to leave it in a near-aligned orbit. WASP-111 appears to have transitioned from an active to a quiescent state between the 2012 and 2013 seasons, which makes the system a candidate for studying the effects of variable activity on a hot-Jupiter atmosphere. We find evidence that the mid-F star WASP-87 is a visual binary with a mid-G star. Two host stars are metal poor: WASP-112 has [Fe/H] = $-0.64 \pm 0.15$ and WASP-87 has [Fe/H] = $-0.41 \pm 0.10$. The low density of WASP-112 (0.81 $M_{ m \odot}$, $0.80 \pm 0.04$ $ ho_{ m \odot}$) cannot be matched by standard models for any reasonable value of the age of the star, suggesting it to be affected by the "radius anomaly".

研究动机与目标

• 利用广角光度巡天识别并表征围绕明亮F/G型恒星的凌星系外行星。
• 研究恒星金属量和活动在类木行星形成与演化中的作用。
• 通过轨道对齐和偏心率测量探测行星迁移机制。
• 利用低密度、金属贫乏的宿主恒星（如WASP-112）测试标准恒星演化模型的极限。

提出的方法

• 利用WASP-South光度巡天，在明亮恒星（V = 9–13）的光 light curves 中探测类似凌星的亮度下降。
• 使用位于拉西拉天文台的TRAPPIST、EulerCam和1.54米丹麦望远镜进行后续光度观测。
• 通过CORALIE光谱仪进行径向速度测量，以确认行星伴星的存在。
• 在凌星期间利用高时间分辨率光谱观测测量Rossiter-McLaughlin效应，以确定轨道对齐情况。
• 应用MCMC建模方法对恒星参数和大气特性进行拟合，结合红外通量法（IRFM）进行有效温度校准。
• 分析恒星活动指标（双曲线跨度、FWHM、RV残差）以评估其对系外行星表征的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 WASP-111b的轨道对齐和偏心率如何？其迁移历史有何启示？
• RQ2 WASP-111中的恒星活动变异性如何影响径向速度测量和大气表征？
• RQ3 为何WASP-112表现出与标准模型不一致的低恒星密度？其物理机制可能是什么？
• RQ4 WASP-87和WASP-112的低金属量如何挑战核心吸积模型对类木行星形成的解释？
• RQ5 Rossiter-McLaughlin效应能否证实WASP-112b存在非共面或极轨道？

主要发现

• WASP-111b围绕一颗中等F型恒星运行，呈顺行、近共面轨道（λ = −5 ± 16°），偏心率极低（e < 0.10，置信度为2σ），表明其可能通过盘驱动或引力散射过程迁移。
• WASP-111在2012至2013年间经历从活跃到平静状态的转变，峰值RV变化从297 m s⁻¹降至60 m s⁻¹，表明存在可变的恒星活动。
• WASP-112b围绕一颗金属贫乏恒星运行，[Fe/H] = −0.64 ± 0.15，是当时已知金属量最低的类木行星宿主。
• WASP-112的低密度（0.80 ± 0.04 ρ⊙）无法用任何合理年龄的标准恒星模型解释，提示可能存在半径异常，可能由非标准对流或磁活动引起。
• WASP-87为视觉双星系统，伴星为中等G型恒星，其宿主恒星的[Fe/H] = −0.41 ± 0.10，表明其为金属贫乏组成。
• MCMC建模表明，要准确匹配WASP-112的参数，需将[Fe/H]修正为+0.2，或显著降低恒星模型中的混合长度参数（αMLT），暗示尽管投影旋转速度较低，仍可能存在磁活动影响。