[论文解读] Transit Hunt for Young and Maturing Exoplanets (THYME) VIII: a Pleiades-age association harboring two transiting planetary systems from Kepler

Madyson G. Barber, Andrew W. Mann+9 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2022

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 126被引用 21

一句话总结

本研究识别出MELANGE-3，一个105±10 Myr的同龄星协，位于开普勒场，包含两颗凌星系外行星——开普勒-1928 b（2.0 ± 0.1 R⊕，19.58天轨道周期）和开普勒-970 b（2.8 ± 0.2 R⊕，16.73天轨道周期）。通过高分辨率光谱和档案开普勒光曲线结合的运动学与空间聚集分析，作者利用锂同位素丰度、颜色-星等图和自转序列确认了该星协的年轻性，验证了开普勒-1928 b的行星属性，并凸显了该系统在研究年轻行星演化及年 timescale 恒星黑子动力学方面的价值。

ABSTRACT

Young planets provide a window into the early stages and evolution of planetary systems. Ideal planets for such research are in coeval associations, where the parent population can precisely determine their ages. We describe a young association (MELANGE-3) in the Kepler field, which harbors two transiting planetary systems (Kepler-1928 and Kepler-970). We identify MELANGE-3 by searching for kinematic and spatial overdensities around Kepler planet hosts with high levels of lithium. To determine the age and membership of MELANGE-3, we combine new high-resolution spectra with archival light curves, velocities, and astrometry of stars near Kepler-1928 spatially and kinematically. We use the resulting rotation sequence, lithium levels, and color-magnitude diagram of candidate members to confirm the presence of a coeval $105\pm$10 Myr population. MELANGE-3 may be part of the recently identified Theia 316 stream. For the two exoplanet systems, we revise the stellar and planetary parameters, taking into account the newly-determined age. Fitting the 4.5 yr Kepler light curves, we find that Kepler-1928 b is a $2.0\pm0.1R_\oplus$ planet on a 19.58-day orbit, while Kepler-970 b is a $2.8\pm0.2R_\oplus$ planet on a 16.73-day orbit. Kepler-1928 was previously flagged as an eclipsing binary, which we rule out using radial velocities from APOGEE and statistically validate the signal as planetary in origin. Given its overlap with the Kepler field, MELANGE-3 is valuable for studies of spot evolution on year timescales, and both planets contribute to the growing work on transiting planets in young stellar associations.

研究动机与目标

• 在开普勒场中识别出包含凌星系外行星的年轻同龄星协，以改善对行星年龄和演化过程的约束。
• 利用高分辨率光谱和档案数据，确定新发现的开普勒-1928周围绕的运动学与空间过密结构的年龄和成员资格。
• 通过纳入MELANGE-3星协新确定的105±10 Myr年龄，重新评估开普勒-1928和开普勒-970的行星与恒星参数。
• 利用APOGEE的径向速度数据，通过统计方法验证开普勒-1928凌星信号的行星起源，排除食双星污染的可能性。
• 评估开普勒场在研究年轻行星与恒星活动演化方面的潜力，特别是年 timescale 恒星黑子演化。

提出的方法

• 应用FriendFinder代码，基于盖亚EDR3的天体位置、视差和自行数据，结合APOGEE的径向速度，识别开普勒-1928周围的空间同运动恒星。
• 结合高分辨率光谱、档案开普勒光曲线、盖亚天体测量和径向速度数据，评估锂同位素丰度、自转周期和颜色-星等图（CMD）形态。
• 利用候选成员的自转序列、锂同位素水平和CMD形态，确认约105 Myr的同龄星群，与昴星团年龄一致。
• 对4.5年开普勒光曲线进行拟合，以获得开普勒-1928 b和开普勒-970 b的更精确的行星与恒星参数。
• 利用APOGEE的径向速度测量结果，排除开普勒-1928为食双星的可能性，统计验证其信号为行星起源。
• 与TESS和开普勒光曲线交叉比对，识别额外的凌星行星候选体并确认行星信号。

实验结果

研究问题

• RQ1 开普勒场中是否存在一个包含凌星系外行星的同龄年轻星协，能否通过运动学与空间聚集分析结合锂同位素丰度加以识别？
• RQ2 新发现的MELANGE-3星协的精确年龄和成员资格为何？锂同位素水平、自转和颜色-星等图如何支持其同龄性？
• RQ3 当考虑MELANGE-3星协105±10 Myr的年龄时，开普勒-1928 b和开普勒-970 b的恒星与行星参数有何变化？
• RQ4 开普勒-1928的凌星信号能否通过统计方法验证为行星起源？其是否与食双星污染一致？
• RQ5 MELANGE-3在研究恒星黑子演化及行星系统演化方面具有何种科学价值，特别是在年 timescale 上？

主要发现

• MELANGE-3是位于距太阳300 pc处的同龄105±10 Myr星协，通过围绕开普勒-1928的运动学与空间聚集分析，并结合高锂同位素丰度被识别。
• 该星协的运动学特性表明其可能属于新近识别的Theia 316流。
• 开普勒-1928 b是一颗2.0 ± 0.1 R⊕的行星，轨道周期为19.58天，其凌星信号通过APOGEE径向速度数据被统计验证为行星起源。
• 开普勒-970 b是一颗2.8 ± 0.2 R⊕的行星，轨道周期为16.73天，通过光曲线拟合与独立验证得以确认。
• 本研究证实，由于MELANGE-3与4.5年开普勒光变监测基线重叠，使其成为研究年 timescale 恒星黑子演化演化的罕见机会。
• 修正后的两颗行星系统的参数与年轻同龄星群一致，进一步提升了其在研究早期行星系统演化方面的科学价值。