Stellar Obliquities of Young Systems, Atmospheres Undergoing Contraction and Escape (SOYSAUCE) II: a 135 Myr planet on an aligned orbit with transit timing variations

Resumen Técnico: SOYSAUCE II – Un planeta de 135 Ma en una órbita alineada con variaciones en los tiempos de tránsito

Planteamiento del problema
Los sistemas planetarios jóvenes (<1 Gyr) ofrecen una ventana única hacia la formación y evolución planetaria, sin embargo, la población "adolescente" (~100–500 Myr) permanece mal caracterizada debido a la elevada actividad estelar que complica la detección y validación. Además, la muestra actual de planetas jóvenes con oblicuidades de espín-órbita medidas es demasiado pequeña e inhomogénea para determinar definitivamente si las desalineaciones son primordiales o adquiridas mediante procesos seculares. Existe una necesidad crítica de cerrar la brecha entre la infancia planetaria (<50 Myr) y la madurez (>1 Gyr) mediante la validación y caracterización de sistemas en este régimen de edad intermedia, particularmente sistemas multiplanetarios donde las variaciones en los tiempos de tránsito (TTVs) pueden restringir las masas en presencia de jitter estelar.

Metodología
Los autores presentan la validación y caracterización de TIC 150070085 b y una señal candidata, TIC 150070085 c, utilizando un enfoque multifacético:

• Fotometría y detección de tránsitos: Los datos de TESS (Sectores 20 y 47) fueron reanalizados utilizando el algoritmo de búsqueda Notch & LOCoR para recuperar la señal primaria de 10.47 días e identificar una señal secundaria candidata de 7.9 días. El seguimiento terrestre se realizó utilizando LCOGT (telescopios de 1m) y el Observatorio Teide (0.4m y 1m) para confirmar los tránsitos y medir las variaciones en los tiempos de tránsito.
• Espectroscopía y caracterización estelar: Se obtuvieron espectros de alta resolución de TRES, LCOGT-NRES y MAROON-X. Los parámetros estelares ($T_{\text{eff}}$, $\log g$, $v \sin i_*$, metalicidad) se derivaron mediante Clasificación de Parámetros Estelares (SPC) y ajuste de la Distribución Espectral de Energía (SED).
• Determinación de la edad: La pertenencia de la estrella anfitjona a la asociación Alessi 84 fue confirmada mediante el algoritmo FriendFinder para identificar estrellas con movimiento común. La edad del cúmulo se refinó combinando modelado isócrono (PARSEC y DSEP-mag), giro-cronología (usando el catálogo TARS) y estimación de edad basada en la variabilidad (EVA).
• Análisis de Rossiter-McLaughlin (RM): Se analizó una observación de tránsito con MAROON-X para medir la oblicuidad proyectada en el cielo ($\lambda$) utilizando una implementación actualizada de MISTTBORN, ajustando simultáneamente los datos fotométricos y de velocidad radial.
• Validación: Las probabilidades de falsos positivos se evaluaron mediante TRICERATOPS, imágenes de speckle ('Alopeke) y la presencia de TTVs.

Resultados clave

• Validación del sistema: TIC 150070085 b es validado como un planeta con un radio de $3.62^{+0.21}_{-0.20} R_\oplus$ en una órbita de 10.47 días. La Probabilidad de Falso Positivo (FPP) es <0.009.
• Planeta candidato: Se detecta una señal candidata, TIC 150070085 c, con un periodo de 15.90 días ($3.03^{+0.30}_{-0.26} R_\oplus$). Aunque la FPP es <0.001, la señal sigue siendo candidata pendiente de mayor confirmación de tránsito debido a un vacío de datos en el Sector 47 de TESS que coincide con el tránsito esperado.
• Edad y propiedades estelares: Se confirma la pertenencia de la estrella anfitjona a Alessi 84. Al combinar los métodos isócrono, giro-cronológico y de variabilidad, la edad del sistema se actualiza a 135 ± 10 Myr. La estrella anfitjona tiene $T_{\text{eff}} \approx 6000$ K, $M_* \approx 1.16 M_\odot$, y un periodo de rotación de 2.89 días.
• Alineación espín-órbita: El análisis de RM arroja una oblicuidad proyectada en el cielo de $|\lambda| = 18 \pm 12^\circ$. La verdadera oblicuidad 3D se estima en $\psi = 23 \pm 11^\circ$. Esto indica que el planeta está en una órbita casi alineada con su estrella anfitjona.
• Variaciones en los tiempos de tránsito (TTVs): El sistema exhibe TTVs con una amplitud de $\gtrsim 30$ minutos. La relación de periodos de los dos planetas es cercana a la resonancia de movimiento medio 3:2. El modelado TTVFast sugiere que los TTVs son consistentes con un sistema donde el planeta c tiene una masa de $\sim 30 M_\oplus$ y el planeta b tiene una masa de 5–10 $M_\oplus$.
• Límites de masa: Los datos de velocidad radial de TRES, LCO y MAROON-X restringen la masa de TIC 150070085 b a un límite superior de $1.1 M_J$ (95% de confianza), descartando compañeros de masa estelar.

Significancia
Este trabajo contribuye con un dato crucial a la escasa población de planetas en tránsito alrededor de estrellas con edades de 100–200 Myr. El sistema se une a un pequeño grupo de planetas jóvenes con oblicuidades medidas, reforzando el patrón de que los sistemas jóvenes tienden a estar bien alineados ($|\lambda| \lesssim 20^\circ$), en contraste con la población más amplia de sistemas maduros, que incluye una fracción significativa de órbitas desalineadas. La detección de TTVs significativos en un sistema joven y activo demuestra que las interacciones dinámicas pueden investigarse incluso cuando las determinaciones de masa por velocidad radial tradicional se ven dificultadas por la actividad estelar. La validación de TIC 150070085 b y la identificación de su compañero resonante proporcionan un laboratorio para probar modelos de migración impulsada por el disco y la arquitectura temprana de sistemas planetarios.