[论文解读] The TRAPPIST survey of southern transiting planets. I. Thirty eclipses of the ultra-short period planet WASP-43 b

M. Gillon, A. H. M. J. Triaud+17 more|Archive ouverte UNIGE (University of Geneva)|Jan 13, 2012

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 56被引用 101

一句话总结

本研究结合8次新的径向速度测量，呈现了超短周期系外行星WASP-43 b的23次凌日光曲线和7次掩食光曲线，显著改进了该系统的参数。高精度数据打破了发现论文中恒星质量的歧义，得出恒星质量为0.717±0.025 M☉，半径为0.667±0.011 R☉，并确认其行星密度高达2.034±0.052 M_Jup，半径为1.036±0.019 R_Jup，表明其具有大质量核心，且白昼面到夜面的热量再分配效率低下。

ABSTRACT

We present twenty-three transit light curves and seven occultation light curves for the ultra-short period planet WASP-43 b, in addition to eight new measurements of the radial velocity of the star. Thanks to this extensive data set, we improve significantly the parameters of the system. Notably, the largely improved precision on the stellar density (2.41+-0.08 rho_sun) combined with constraining the age to be younger than a Hubble time allows us to break the degeneracy of the stellar solution mentioned in the discovery paper. The resulting stellar mass and size are 0.717+-0.025 M_sun and 0.667+-0.011 R_sun. Our deduced physical parameters for the planet are 2.034+-0.052 M_jup and 1.036+-0.019 R_jup. Taking into account its level of irradiation, the high density of the planet favors an old age and a massive core. Our deduced orbital eccentricity, 0.0035(-0.0025,+0.0060), is consistent with a fully circularized orbit. We detect the emission of the planet at 2.09 microns at better than 11-sigma, the deduced occultation depth being 1560+-140 ppm. Our detection of the occultation at 1.19 microns is marginal (790+-320 ppm) and more observations are needed to confirm it. We place a 3-sigma upper limit of 850 ppm on the depth of the occultation at ~0.9 microns. Together, these results strongly favor a poor redistribution of the heat to the night-side of the planet, and marginally favor a model with no day-side temperature inversion.

研究动机与目标

• 解决发现论文中报告的WASP-43 b恒星质量解的歧义。
• 通过广泛的地面光学测光监测凌日与掩食，提高行星与恒星参数的精度。
• 约束轨道偏心率，并在多个波长下探测行星白昼面的热辐射。
• 通过凌日时刻变化与径向速度分析，评估是否存在其他伴星。
• 研究行星大气的热结构，特别是热量再分配效率以及可能存在的温度反转。

提出的方法

• 利用欧洲南方天文台拉西拉台的TRAPPIST与Euler望远镜，以及帕拉纳尔台的VLT/HAWK-I，获取了23次凌日与7次掩食的高精度测光数据。
• 收集了宿主恒星的径向速度测量，以改进轨道与恒星质量的约束。
• 对凌日与掩食光曲线进行全局建模，联合约束行星与恒星参数，包括轨道倾角、撞击参数与边缘暗化系数。
• 恒星密度被严格约束在2.41±0.08 ρ☉，结合年龄约束（小于一个哈勃时标），恒星质量与半径被唯一确定。
• 在0.9、1.19与2.09 μm波段测量了掩食深度，并通过卡方检验与信噪比评估其统计显著性。
• 采用Mercury n体积分器进行动力学分析，模拟潜在扰动体，评估通过凌日时刻变化与径向速度振幅探测额外行星的灵敏度阈值。

实验结果

研究问题

• RQ1 WASP-43 b的宿主恒星真实恒星质量与半径是多少？能否解决发现论文中的歧义？
• RQ2 WASP-43 b的精确轨道偏心率是多少？是否与潮汐圆化一致？
• RQ3 WASP-43 b的热辐射谱是什么？它揭示了白昼面到夜面的热量再分配效率如何？
• RQ4 是否存在可探测的凌日时刻变化，可能表明系统中存在第二颗行星？
• RQ5 观测到的热辐射更支持存在还是不存在白昼面温度反转的模型？

主要发现

• 恒星质量与半径以高精度确定为0.717±0.025 M☉与0.667±0.011 R☉，解决了原始发现论文中的歧义。
• 行星质量与半径被精炼为2.034±0.052 M_Jup与1.036±0.019 R_Jup，表明其高密度与大质量核心一致。
• 轨道偏心率测量为0.0035−0.0025+0.0060，与完全圆化的轨道一致。
• 在2.09 μm波段实现了对热辐射的稳健检测，深度为1560±140 ppm，显著性超过11σ。
• 在1.19 μm波段获得边际检测，深度为790±320 ppm，而在约0.9 μm波段设定了850 ppm的3σ上限。
• 综合热辐射数据强烈支持白昼面到夜面的热量再分配效率低下，且边缘支持无白昼面温度反转的模型。