[论文解读] TESS exoplanet candidates validated with HARPS archival data. A massive Neptune around GJ143 and two Neptunes around HD23472

Trifon Trifonov, J. Rybizki+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 11, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 18被引用 13

一句话总结

本研究利用档案中的HARPS径向速度数据验证了两个TESS系外行星候选体：一颗围绕K型矮星GJ 143运行的高质量、高偏心率海王星质量行星（30.6地球质量），轨道周期为35.59天；以及围绕HD 23472的两颗海王星质量行星系统，其轨道周期接近5:3平均运动共振。尽管GJ 143的光变曲线覆盖有限，HD 23472的径向速度数据稀疏，该分析仍确认了这些系统的行星性质。

ABSTRACT

We aim at the discovery of new planetary systems by exploiting the transit light curve results from TESS orbital observatory's Sector 1 and 2 observations and validating them with precise Doppler measurements obtained from archival HARPS data. Taking advantage of the reported TESS transit events around GJ143 (TOI 186) and HD23472 (TOI 174) we model their HARPS precise Doppler measurements and derive orbital parameters for these two systems. For the GJ143 system TESS has reported only a single transit, and thus its period is unconstrained from photometry. Our RV analysis of GJ143 reveal the full Keplerian solution of the system, which is consistent with an eccentric planet with a mass almost twice that of Neptune and a period of $P_{ m b}$ = $35.59_{-0.01}^{+0.01}$ days. Our estimates of the GJ143 b planet are fully consistent with the transit timing from TESS. We confirm the two-planet system around HD23472, which according to our analysis is composed of two Neptune mass planets in a possible 5:3 MMR.

研究动机与目标

• 利用HARPS的现有档案径向速度数据验证TESS系外行星候选体。
• 在光变曲线覆盖有限的系统中（如仅检测到一次凌日事件的GJ 143），确定行星的轨道参数和质量。
• 研究HD 23472系统的动力学结构，特别是两颗海王星质量行星之间是否存在平均运动共振。
• 展示档案多普勒数据在宽视场光变巡天时代确认TESS行星候选体的价值。
• 提供仅靠TESS光变曲线无法约束周期或质量的系统中的精确轨道解。

提出的方法

• 使用SERVAL流程重新处理HARPS时间序列，以提高径向速度精度并减少系统误差。
• 采用开普勒轨道拟合模型分析径向速度数据，对GJ 143的升级前后HARPS观测数据引入相互径向速度偏移。
• 采用贝叶斯建模推导轨道参数及其不确定性，结合TESS提供的凌日时间约束用于GJ 143。
• 利用N体模拟（SyMBA）开展动力学稳定性分析，评估HD 23472系统中长期稳定性和共振可能性。
• 评估恒星活动指标（Hα、谱线宽度、色度）以排除因恒星活动导致的假阳性信号。
• 比较HD 23472的圆轨道与偏心轨道模型，尽管数据稀疏，仍倾向于选择圆轨道模型，但周期比表明可能存在共振。

实验结果

研究问题

• RQ1 当仅检测到一次凌日事件（如GJ 143）时，档案HARPS径向速度数据是否足以验证TESS行星候选体？
• RQ2 在TESS仅观测到一次凌日事件的情况下，GJ 143行星的真实轨道周期和质量是多少？
• RQ3 HD 23472的双行星系统是否与5:3平均运动共振一致？其动力学意义是什么？
• RQ4 恒星活动指标和仪器系统误差如何影响档案数据中径向速度探测的可靠性？
• RQ5 在径向速度数据稀疏且结合TESS凌日时间的情况下，能多大程度上获得稳健的行星质量与轨道参数估计？

主要发现

• GJ 143的行星质量为30.6 $M_{\bigoplus}$，周期为$P_{\rm b} = 35.59_{-0.01}^{+0.01}$天，与TESS观测到的单次凌日事件一致。
• 尽管缺乏多次凌日事件，GJ 143系统仍包含一颗偏心率与径向速度解一致的海王星质量行星。
• HD 23472系统包含两颗海王星质量行星，质量分别为17.9 $M_{\bigoplus}$ 和17.2 $M_{\bigoplus}$，周期比接近5:3。
• 5:3的周期比表明可能存在二阶平均运动共振，但系统的动力学稳定性对初始条件和偏心率敏感。
• HD 23472数据中13.5 m s⁻¹的径向速度抖动与行星信号一致，而非恒星活动，因其振幅较低且与TESS凌日相位一致。
• 本研究证明，即使光变曲线稀疏或不明确，档案HARPS数据仍可成功验证TESS行星候选体。