Orbit Refinement of WASP-18 b and Evidence Against the Existence of WASP-18 c

Resumen Técnico: Refinamiento de la Órbita de WASP-18 b y Evidencia Contra la Existencia de WASP-18 c

Planteamiento del Problema
El sistema WASP-18, que alberga un Júpiter caliente (WASP-18 b) en una órbita de 0.94 días, ha sido objeto de afirmaciones contradictorias respecto a la existencia de un segundo compañero planetario, WASP-18 c. La existencia de WASP-18 c, propuesta inicialmente por Pearson (2019) basándose en variaciones observadas en los tiempos de tránsito (TTVs), fue posteriormente cuestionada por Cortés-Zuleta et al. (2020), dejando la arquitectura del sistema como algo controvertido dentro del Archivo de Exoplanetas de la NASA. Además, dado que el sistema es un objetivo primordial para la caracterización atmosférica debido a su temperatura de equilibrio extrema y su fuerte contraste día-noche, se requieren efemérides precisas a largo plazo para programar futuras observaciones con instalaciones como el JWST y la próxima misión ARIEL. Estudios previos han arrojado resultados nulos para el decaimiento orbital, lo que sugiere factores de calidad de marea estelar elevados o canales alternativos de disipación de energía; sin embargo, la estabilidad dinámica y las posibles perturbaciones de un segundo cuerpo aún deben ser probadas rigurosamente con un conjunto de datos ampliado.

Metodología
Los autores realizaron un reanálisis exhaustivo de datos fotométricos y espectroscópicos que abarcan casi 20 años.

• Datos Fotométricos: El estudio utilizó 205 curvas de luz de tránsito derivadas de observaciones espaciales (sectores 2, 3, 29, 30, 69 y 96 de TESS; y 12 tránsitos de CHEOPS) y observaciones terrestres (80 tránsitos de Exoplanet Watch, la base de datos de Exoplanet Transit, ExoClock y fuentes de la literatura, incluyendo a Patra et al. 2020 y Bouma et al. 2019).
• Datos Espectroscópicos: El análisis incorporó 449 mediciones de velocidad radial (RV) de cinco espectrógrafos: CORALIE, HARPS, HIRES, PFS y ESPRESSO. Esto incluyó datos de archivo de ESPRESSO previamente no publicados, adquiridos en 2021.
• Técnicas de Análisis:
  • Refinamiento de Efemérides: Las curvas de luz fueron procesadas mediante el pipeline EXOTIC con modelos personalizados de de-trending y oscurecimiento de limbo. Se utilizó un enfoque de muestreo de niebla bayesiana (Ultranest) para derivar los tiempos de tránsito medio y los periodos orbitales.
  • Búsqueda de TTV: Se aplicaron periodogramas de Lomb-Scargle a los residuos O-C (Observado menos Calculado) de los conjuntos de datos combinados y solo de TESS para buscar señales periódicas indicativas de un compañero.
  • Modelado de Velocidad Radial: Se ajustó un modelo Kepleriano modificado, que incluye un término de precesión apsidal ($\dot{\omega}$), a los datos de RV utilizando el muestreador de ensamble afín e invariante emcee. El modelo contabilizó los desplazamientos de los instrumentos y el jitter, con el periodo anomalístico fijado para desacoplar las degeneraciones.
  • Estimación del Número de Love: La solución orbital refinada se utilizó para calcular el número de Love gravitacional de segundo orden ($k_2$).

Contribuciones Clave y Resultados

1. Efemérides Refinadas: Los autores derivaron una efeméride de alta precisión para WASP-18 b con un tiempo de tránsito medio de $T_0 = 2460933.096346 \pm 0.000022$ BJDTDB y un periodo orbital de $P = 0.94145252 \pm 1.1 \times 10^{-8}$ días. La propagación hacia adelante de esta efeméride al 1 de enero de 2030 arroja una incertidicia de tiempo de solo 2.41 segundos.
2. Precesión Apsidal y Número de Love: El análisis de RV confirmó una tasa de precesión apsidal estable de $\dot{\omega} = 0.009034 \pm 0.000010^\circ$/día, consistente con la literatura previa pero con una precisión mejorada debido a la base de tiempo extendida. Esto permitió un cálculo preciso del número de Love planetario, $k_2 = 0.62199 \pm 0.0011$.
3. Evidencia Contra WASP-18 c:
   • TTVs Fotométricos: Aunque el conjunto de datos combinado de tierra y espacio mostró picos que excedían la probabilidad de falsa alarma (FAP) del 99%, estas señales desaparecieron cuando el análisis se restringió a los datos de alta precisión y continuos de solo TESS. Los autores atribuyen estos picos a efectos de aliasing provenientes de un muestreo terrestre inhomogéneo en lugar de orígenes astrofísicos.
   • Residuos de Velocidad Radial: El análisis de periodograma de los residuos de RV no reveló ninguna periodicidad significativa correspondiente al periodo propuesto de ~2.1 días de WASP-18 c. Los picos detectados fueron identificados como armónicos o alias impulsados por el ruido.
   • Conclusión sobre WASP-18 c: La falta de señales periódicas consistentes tanto en los conjuntos de datos de TTV como de RV, combinada con el fallo en la detección de una señal en el periodo predicho, lleva a los autores a concluir que la señal reclamada de WASP-18 c es probablemente espuria.

Significancia
El artículo afirma que su principal significancia radica en proporcionar una base robusta y de alta precisión para la órbita de WASP-18 b, lo cual es esencial para programar futuras observaciones con telescopios espaciales (específicamente ARIEL y el Habitable Worlds Observatory) y para interpretar correctamente los datos atmosféricos. Al falsificar la existencia del previamente propuesto WASP-18 c, el estudio resuelve una controversia de larga data en la arquitectura del sistema, sugiriendo que el sistema está probablemente dominado por el Júpiter caliente único y su interacción con la estrella anfitriona, en lugar de una dinámica compleja de múltiples cuerpos. El trabajo enfatiza que las desviaciones reportadas en el tiempo de tránsito deben distinguirse de los artefactos de periodos orbitales insuficientemente restringidos antes de atribuirlas a perturbadores adicionales.