[论文解读] The discovery of WASP-134b, WASP-134c, WASP-137b, WASP-143b and WASP-146b: three hot Jupiters and a pair of warm Jupiters orbiting Solar-type stars

D. R. Anderson, F. Bouchy+23 more|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2018

Astro and Planetary Science参考文献 3被引用 5

一句话总结

本论文通过WASP凌星巡天，在中等亮度的类太阳恒星周围发现了五颗系外行星——三颗热木星（WASP-137b、WASP-143b、WASP-146b）和两颗温木星（WASP-134b 和 WASP-134c），并利用径向速度与罗斯特-麦克劳克林效应测量确认了轨道倾角偏差及行星质量。其主要贡献在于罕见地探测到一个包含热木星与邻近温木星伴星的系统，该发现对高偏心率迁移模型构成挑战，更支持原位形成或盘迁移机制。

ABSTRACT

We report the discovery by WASP of five planets orbiting moderately bright ($V$ = 11.0-12.9) Solar-type stars. WASP-137b, WASP-143b and WASP-146b are typical hot Jupiters in orbits of 3-4 d and with masses in the range 0.68--1.11 $M_{ m Jup}$. WASP-134 is a metal-rich ([Fe/H] = +0.40 $\pm$ 0.07]) G4 star orbited by two warm Jupiters: WASP-134b ($M_{ m pl}$ = 1.41 $M_{ m Jup}$; $P = 10.1$ d; $e = 0.15 \pm 0.01$; $T_{ m eql}$ = 950 K) and WASP-134c ($M_{ m pl} \sin i$ = 0.70 $M_{ m Jup}$; $P = 70.0$ d; $e = 0.17 \pm 0.09$; $T_{ m eql}$ = 500 K). From observations of the Rossiter-McLaughlin effect of WASP-134b, we find its orbit to be misaligned with the spin of its star ($λ= -44 \pm 10^\circ$). WASP-134 is a rare example of a system with a short-period giant planet and a nearby giant companion. In-situ formation or disc migration seem more likely explanations for such systems than does high-eccentricity migration.

研究动机与目标

• 利用WASP凌星巡天识别并表征围绕中等亮度类太阳恒星运行的新系外行星。
• 通过径向速度与罗斯特-麦克劳克林效应测量，确定行星质量、轨道参数及恒星倾角。
• 研究包含热木星与温木星的多行星系统的形成与动力学历史，特别是具有内侧行星巨行星伴星的系统。
• 评估在短周期与邻近中等周期气态巨行星系统中，高偏心率迁移与原位形成或盘迁移的可行性。

提出的方法

• WASP凌星巡天通过SuperWASP-North与WASP-South仪器的光度光 light curves 检测到系外行星凌星现象。
• 利用HARPS-N、HARPS-S、CORALIE与EulerCam仪器的径向速度测量，确定了行星质量与轨道参数。
• 通过测量罗斯特-麦克劳克林效应，确定了天空投影自转-轨道角（λ），表明轨道存在倾角偏差。
• 通过高分辨率光谱分析获得恒星参数，包括金属丰度（[Fe/H] = +0.40 ± 0.07），以评估主星特性。
• 利用开普勒轨道模型与恒星光度及半径估计，计算轨道偏心率与平衡温度。
• 通过将轨道参数与行星迁移理论模型对比，评估WASP-134系统的动力学稳定性与形成路径。

实验结果

研究问题

• RQ1 新发现的系外行星WASP-137b、WASP-143b、WASP-146b、WASP-134b与WASP-134c的轨道参数、质量与平衡温度为何？
• RQ2 WASP-134b的轨道是否与其主星自转轴发生倾角偏差？这对它的形成历史有何启示？
• RQ3 WASP-134b与WASP-134c的轨道特征（特别是它们的接近程度与偏心率）如何挑战现有迁移模型？
• RQ4 为何WASP-134系统（包含一颗热木星与一颗位于0.35 AU的温木星）被认为罕见？最可能的形成机制是什么？
• RQ5 WASP-134系统中主星的高质质量与富含金属的特性（[Fe/H] = +0.40 ± 0.07）是否与多气态巨行星系统的形成有关？

主要发现

• WASP-137b、WASP-143b与WASP-146b为热木星，轨道周期为3.03–3.52天，质量为0.68–1.11 M_Jup，平衡温度在1325 K至1601 K之间。
• WASP-134b为质量较大的热木星（1.41 M_Jup），轨道周期10.15天，偏心率e = 0.15 ± 0.01，轨道半长轴0.096 AU，其轨道相对于主星自转轴存在显著倾角（λ = -44° ± 10°）。
• WASP-134c为温木星（0.70 M_Jup sin i），轨道周期70.0天，偏心率e = 0.17 ± 0.09，轨道半长轴0.35 AU，平衡温度为500 K。
• WASP-134系统是罕见的主星拥有两颗巨行星近距离共存的实例，内侧行星位于0.096 AU，外侧行星位于0.35 AU，两者均具有显著偏心率。
• WASP-134b的轨道倾角偏差及其外侧行星的邻近性使得高偏心率迁移机制可能性较低，更支持原位形成或盘迁移作为主导形成机制。
• WASP-134主星的富含金属特性（[Fe/H] = +0.40 ± 0.07）可能提升了行星形成效率，与多颗大质量行星的存在一致。