[论文解读] WASP-189b: an ultra-hot Jupiter transiting the bright A star HR 5599 in a polar orbit

D. R. Anderson, L. Y. Temple+19 more|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2018

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 23

一句话总结

本文报告了WASP-189b的发现，这是一颗超热木星（质量为2.13 ± 0.28 M_Jup，半径为1.374 ± 0.082 R_Jup），围绕明亮的A6IV–V型恒星HR 5599（V = 6.64）以2.72天的极轨道运行，其预测平衡温度为2641 ± 34 K，使其成为目前已知第三热的系外行星。该行星通过凌星光度法探测，并利用HARPS和CORALIE光谱仪的径向速度和轮廓轮廓层析成像技术得到确认，标志着首颗在有效温度高于7000 K的恒星上运行极轨道的超热木星被发现。

ABSTRACT

We report the discovery of WASP-189b: an ultra-hot Jupiter in a 2.72-d transiting orbit around the $V = 6.6$ A star WASP-189 (HR 5599). We detected periodic dimmings in the star's lightcurve, first with the WASP-South survey facility then with the TRAPPIST-South telescope. We confirmed that a planet is the cause of those dimmings via line-profile tomography and radial-velocity measurements using the HARPS and CORALIE spectrographs. Those reveal WASP-189b to be an ultra-hot Jupiter ($M_{ m P}$ = 2.13 $\pm$ 0.28 $M_{ m Jup}$; $R_{ m P}$ = 1.374 $\pm$ 0.082 $R_{ m Jup}$) in a polar orbit ($λ= 89.3 \pm 1.4^\circ$; $Ψ= 90.0 \pm 5.8^\circ$) around a rapidly rotating A6IV-V star ($T_{ m eff}$ = 8000 $\pm$ 100 K; $v_* \sin i_*$ $\approx$ 100 km\, s$^{-1}$). We calculate a predicted equilibrium temperature of $T_{ m eql}$ = 2641 $\pm$ 34 K, assuming zero albedo and efficient redistribution, which is the third hottest for the known exoplanets. WASP-189 is the brightest known host of a transiting hot Jupiter and the third-brightest known host of any transiting exoplanet. We note that of the eight hot-Jupiter systems with $T_{ m eff}$ $>$ 7000 K, seven have strongly misaligned orbits, and two of the three systems with $T_{ m eff}$ $\geq$ 8000 K have polar orbits (the third is aligned).

研究动机与目标

• 探测并表征围绕高温、快速旋转的A型恒星的系外行星，这类恒星稀少且因光谱线宽而稀疏，难以研究。
• 研究在有效温度高于7000 K的恒星周围热木星的轨道构型与对齐情况，尤其关注行星系统演化与潮汐相互作用的背景。
• 识别并确认围绕已知最亮的热木星宿主恒星的凌星行星，以期未来实现大气表征。
• 通过测量系外行星的出现率和轨道特性，检验高质质量、高温恒星环境下的核心吸积行星形成模型。

提出的方法

• 利用WASP-South和TRAPPIST-South望远镜进行凌星光度测量，以探测HR 5599光 lightcurve 中的周期性变暗。
• 利用HARPS和CORALIE光谱仪进行径向速度测量，以确认行星质量和轨道运动。
• 通过轮廓轮廓层析成像技术检测恒星吸收线中的行星信号，确认凌星信号的行星起源。
• 通过光谱分析确定恒星参数，得出T_eff = 8000 ± 100 K，v*sin i* ≈ 100 km/s，光谱型为A6IV–V。
• 利用投影自转-轨道角（λ = 89.3 ± 1.4°）和天空投影轨道倾角（Ψ = 90.0 ± 5.8°）计算轨道倾角与偏角，确认为极轨道。
• 利用公式 T_eq = T_eff × (1 - A)^{1/4} × (R*/a)^{1/2} 估算平衡温度，假设反照率为零且热量高效再分配。

实验结果

研究问题

• RQ1 WASP-189b的轨道构型如何？其是否与快速旋转的A型恒星的极轨道一致？
• RQ2 WASP-189b的高平衡温度（T_eq = 2641 ± 34 K）与其他已知的超热木星相比如何？
• RQ3 在行星系统演化背景下，该行星的对齐情况（λ = 89.3 ± 1.4°）与自转-轨道倾角（Ψ = 90.0 ± 5.8°）具有何种意义？
• RQ4 为何在有效温度高于7000 K的恒星周围的热木星大多呈非对齐或极轨道？这对其潮汐与波驱动轨道演化有何启示？
• RQ5 WASP-189（V = 6.64）的亮度与其它凌星热木星宿主相比如何？这对大气表征研究有何影响？

主要发现

• WASP-189b是一颗质量为2.13 ± 0.28 M_Jup、半径为1.374 ± 0.082 R_Jup的超热木星，围绕A6IV–V型恒星HR 5599以2.72天的轨道周期运行。
• 该行星处于极轨道，其投影自转-轨道角为λ = 89.3 ± 1.4°，天空投影轨道倾角为Ψ = 90.0 ± 5.8°，是目前已知最确凿的极轨道系外行星。
• WASP-189b的平衡温度为2641 ± 34 K，使其成为目前已知第三热的系外行星，仅次于KELT-9b和WASP-33b。
• HR 5599是目前已知最亮的凌星热木星宿主恒星（V = 6.64），也是所有凌星系外行星宿主中第三亮的，极大增强了其在大气研究方面的潜力。
• 该系统表现出强烈的非对齐证据，与趋势一致：有效温度高于7000 K的恒星倾向于拥有非对齐或极轨道的热木星，八颗此类系统中仅有一颗是对齐的。
• 预计该恒星将在约3.2亿年内膨胀至行星当前的轨道距离，可能在巨星分支阶段导致行星被吞噬的瞬态事件。