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

Sintesi Tecnica: SOYSAUCE II – Un pianeta di 135 Myr su un'orbita allineata con variazioni dei tempi di transito

Definizione del problema
I giovani sistemi planetari (<1 Gyr) offrono una finestra unica sulla formazione e l'evoluzione planetaria, tuttavia la popolazione "adolescente" (~100–500 Myr) rimane scarsamente caratterizzata a causa dell'elevata attività stellare che complica la rilevazione e la validazione. Inoltre, l'attuale campione di giovani pianeti con obliquità spin-orbita misurate è troppo piccolo e disomogeneo per determinare in modo definitivo se i disallineamenti siano primordiali o acquisiti attraverso processi secolari. Esiste una critica necessità di colmare il divario tra l'infanzia planetaria (<50 Myr) e la maturità (>1 Gyr) attraverso la validazione e la caratterizzazione di sistemi in questo regime di età intermedia, in particolare sistemi multi-pianeta dove le variazioni dei tempi di transito (TTV) possono vincolare le masse in presenza di jitter stellare.

Metodologia
Gli autori presentano la validazione e la caratterizzazione di TIC 150070085 b e di un segnale candidato, TIC 150070085 c, utilizzando un approccio multifasettico:

• Fotometria e rilevamento dei transiti: I dati TESS (Settori 20 e 47) sono stati rianalizzati utilizzando l'algoritmo di ricerca Notch & LOCoR per recuperare il segnale primario di 10,47 giorni e identificare un segnale secondario candidato di 7,9 giorni. Il follow-up da terra è stato condotto utilizzando LCOGT (telescopi da 1m) e l'Osservatorio Teide (0,4m e 1m) per confermare i transiti e misurare le variazioni dei tempi di transito.
• Spettroscopia e caratterizzazione stellare: Spettri ad alta risoluzione sono stati ottenuti da TRES, LCOGT-NRES e MAROON-X. I parametri stellari ($T_{\text{eff}}$, $\log g$, $v \sin i_*$, metallicità) sono stati derivati tramite Stellar Parameter Classification (SPC) e l'adattamento della Distribuzione Spettrale di Energia (SED).
• Determinazione dell'età: L'appartenenza della stella ospite all'associazione Alessi 84 è stata confermata utilizzando l'algoritmo FriendFinder per identificare stelle co-moventi. L'età del cluster è stata raffinata combinando la modellazione isocronale (PARSEC e DSEP-mag), la girocronologia (utilizzando il catalogo TARS) e la stima dell'età basata sulla variabilità (EVA).
• Analisi di Rossiter-McLaughlin (RM): Un'osservazione del transito con MAROON-X è stata analizzata per misurare l'obliquità proiettata nel cielo ($\lambda$) utilizzando un'implementazione aggiornata di MISTTBORN, adattando simultaneamente i dati fotometrici e di velocità radiale.
• Validazione: Le probabilità di falsi positivi sono state valutate tramite TRICERATOPS, imaging speckle ('Alopeke) e la presenza di TTV.

Risultati Chiave

• Validazione del sistema: TIC 150070085 b è validato come un pianeta con un raggio di $3,62^{+0,21}_{-0,20} R_\oplus$ su un'orbita di 10,47 giorni. La Probabilità di Falso Positivo (FPP) è <0,009.
• Pianeta candidato: Un segnale candidato, TIC 150070085 c, è stato rilevato con un periodo di 15,90 giorni ($3,03^{+0,30}_{-0,26} R_\oplus$). Sebbene la FPP sia <0,001, il segnale rimane un candidato in attesa di ulteriore conferma del transito a causa di una lacuna nei dati nel Settore 47 di TESS coincidente con il transito previsto.
• Età e proprietà stellari: La stella ospite è confermata come membro di Alessi 84. Combinando i metodi isocronali, girocronologici e di variabilità, l'età del sistema è stata aggiornata a 135 ± 10 Myr. La stella ospite ha $T_{\text{eff}} \approx 6000$ K, $M_* \approx 1,16 M_\odot$ e un periodo di rotazione di 2,89 giorni.
• Allineamento Spin-Orbita: L'analisi RM fornisce un'obliquità proiettata nel cielo di $|\lambda| = 18 \pm 12^\circ$. L'obliquità reale 3D è stimata a $\psi = 23 \pm 11^\circ$. Ciò indica che il pianeta si trova su un'orbita quasi allineata con la sua stella ospite.
• Variazioni dei tempi di transito (TTV): Il sistema esibisce TTV con un'ampiezza di $\gtrsim 30$ minuti. Il rapporto dei periodi dei due pianeti è vicino alla risonanza di moto medio 3:2. La modellazione TTVFast suggerisce che le TTV sono coerenti con un sistema in cui il pianeta c ha una massa di $\sim 30 M_\oplus$ e il pianeta b ha una massa di 5–10 $M_\oplus$.
• Limiti di massa: I dati di velocità radiale da TRES, LCO e MAROON-X vincolano la massa di TIC 150070085 b a un limite superiore di $1,1 M_J$ (95% di confidenza), escludendo compagni di massa stellare.

Significatività
Questo lavoro contribuisce con un dato cruciale alla scarsa popolazione di pianeti transitanti attorno a stelle con un'età compresa tra 100 e 200 Myr. Il sistema si unisce a un piccolo gruppo di giovani pianeti con obliquità misurate, rinforzando il modello secondo cui i sistemi giovani tendono a essere ben allineati ($|\lambda| \lesssim 20^\circ$), in contrasto con la popolazione più ampia di sistemi maturi che include una frazione significativa di orbite disallineate. Il rilevamento di significative TTV in un sistema giovane e attivo dimostra che le interazioni dinamiche possono essere indagate anche quando le determinazioni di massa tramite velocità radiale tradizionale sono ostacolate dall'attività stellare. La validazione di TIC 150070085 b e l'identificazione del suo compagno in risonanza forniscono un laboratorio per testare i modelli di migrazione guidata dal disco e l'architettura precoce dei sistemi planetari.