[论文解读] Transiting planets from WASP-South, Euler and TRAPPIST: WASP-68 b, WASP-73 b and WASP-88 b, three hot Jupiters transiting evolved solar-type stars

L. Delrez, V. Van Grootel+20 more|Warwick Research Archive Portal (University of Warwick)|Dec 6, 2013

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 54被引用 21

一句话总结

本论文报告了通过WASP-South、Euler和TRAPPIST巡天数据的光变曲线与光谱后续观测，发现了三颗新的凌星热木星——WASP-68 b、WASP-73 b和WASP-88 b。主要发现包括WASP-88 b的超膨胀半径（1.70 ± 0.13 R_Jup）、高精度的质量与半径测量，以及低金属度与潜在的潮汐或大气加热机制导致行星膨胀的证据。

ABSTRACT

We report the discovery by the WASP transit survey of three new hot Jupiters, WASP-68 b, WASP-73 b and WASP-88 b. WASP-68 b has a mass of 0.95+-0.03 M_Jup, a radius of 1.24-0.06+0.10 R_Jup, and orbits a V=10.7 G0-type star (1.24+-0.03 M_sun, 1.69-0.06+0.11 R_sun, T_eff=5911+-60 K) with a period of 5.084298+-0.000015 days. Its size is typical of hot Jupiters with similar masses. WASP-73 b is significantly more massive (1.88-0.06+0.07 M_Jup) and slightly larger (1.16-0.08+0.12 R_Jup) than Jupiter. It orbits a V=10.5 F9-type star (1.34-0.04+0.05 M_sun, 2.07-0.08+0.19 R_sun, T_eff=6036+-120 K) every 4.08722+-0.00022 days. Despite its high irradiation (2.3 10^9 erg s^-1 cm^-2), WASP-73 b has a high mean density (1.20-0.30+0.26 ρ_Jup) that suggests an enrichment of the planet in heavy elements. WASP-88 b is a 0.56+-0.08 M_Jup planet orbiting a V=11.4 F6-type star (1.45+-0.05 M_sun, 2.08-0.06+0.12 R_sun, T_eff=6431+-130 K) with a period of 4.954000+-0.000019 days. With a radius of 1.70-0.07+0.13 R_Jup, it joins the handful of planets with super-inflated radii. The ranges of ages we determine through stellar evolution modeling are 4.2-8.3 Gyr for WASP-68, 2.7-6.4 Gyr for WASP-73 and 1.8-5.3 Gyr for WASP-88. WASP-73 appears to be a significantly evolved star, close to or already in the subgiant phase. WASP-68 and WASP-88 are less evolved, although in an advanced stage of core H-burning.

研究动机与目标

• 利用WASP-South、Euler和TRAPPIST巡天的光变曲线与光谱后续观测，识别并表征新的凌星系外行星。
• 确定围绕演化后的类太阳恒星的新发现热木星的精确质量、半径和轨道参数。
• 通过分析恒星金属度与辐照效应，研究行星膨胀机制，特别是针对低质量、低密度行星如WASP-88 b的机制。
• 通过密度测量评估像WASP-73 b这样的大质量热木星的内部结构与重元素富集程度。

提出的方法

• 利用WASP-South、Euler和TRAPPIST望远镜的凌星光变曲线数据，检测目标恒星光 light curves 中的行星凌星信号。
• 使用高精度光谱仪进行径向速度测量，以确认行星伴星并测定行星质量。
• 通过高分辨率光谱分析恒星大气参数，推导宿主恒星的有效温度、金属度和表面重力。
• 将光变与光谱数据结合恒星演化模型，估算恒星年龄与演化阶段。
• 应用经验的半径-辐照关系（如Weiss et al. 2013；Enoch et al. 2011），将观测到的行星半径与理论预测进行比较。
• 采用马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）方法，推导行星与恒星参数的后验分布及其不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 新发现的凌星系外行星WASP-68 b、WASP-73 b和WASP-88 b的精确质量、半径和轨道周期是什么？
• RQ2 这些行星的观测半径与基于质量与辐照度的理论预测相比，偏离程度如何？
• RQ3 恒星金属度在解释WASP-88 b的膨胀半径方面起什么作用，特别是考虑到其低质量与高半径？
• RQ4 潮汐演化与大气能量沉积机制如何影响低密度热木星（如WASP-88 b）的行星膨胀？
• RQ5 宿主恒星的演化状态如何？恒星演化如何影响行星参数的解释？

主要发现

• WASP-68 b是一颗质量为0.95 ± 0.03 M_Jup、半径为1.24 ± 0.10 R_Jup的行星，围绕一颗G0型恒星运行，轨道周期为5.084298 ± 0.000015天，其半径与质量及辐照度水平相符，属典型值。
• WASP-73 b是一颗质量达1.88 ± 0.07 M_Jup的巨行星，密度高达1.20 ± 0.26 ρ_Jup，表明其可能存在重元素富集，尽管受到强烈辐照（~2.3 × 10^9 erg s⁻¹ cm⁻²）。
• WASP-88 b是一颗低密度、超膨胀的行星，质量为0.56 ± 0.08 M_Jup，半径为1.70 ± 0.13 R_Jup，是目前已知第二低密度的凌星系外行星（ρ_p = 0.11 ± 0.03 ρ_Jup）。
• WASP-88 b的半径显著超过Weiss et al. (2013)与Enoch et al. (2011)的理论预测，表明其膨胀程度超出标准模型的预期。
• 恒星演化建模表明，WASP-73很可能处于亚巨星阶段（年龄2.7–6.4 Gyr），而WASP-68与WASP-88则演化程度较低，但处于核心氢燃烧的后期阶段（年龄分别为4.2–8.3 Gyr与1.8–5.3 Gyr）。
• WASP-88宿主恒星的低金属度（[Fe/H] = –0.08 ± 0.12）与行星的膨胀半径相关，支持低金属度恒星更可能拥有膨胀的低质量行星的假设。