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

Resumo Técnico: SOYSAUCE II – Um Planeta de 135 Myr em uma Órbita Alinhada com Variações de Tempo de Trânsito

Definição do Problema
Sistemas planetários jovens (<1 Gyr) oferecem uma janela única para a formação e evolução planetária, mas a população "adolescente" (~100–500 Myr) permanece mal caracterizada devido à atividade estelar intensificada, que complica a detecção e validação. Além disso, a amostra atual de planetas jovens com obliquidades spin-órbita medidas é pequena e heterogênea para determinar definitivamente se os desalinhamentos são primordiais ou adquiridos através de processos seculares. Existe uma necessidade crítica de preencher a lacuna entre a infância planetária (<50 Myr) e a maturidade (>1 Gyr) ao validar e caracterizar sistemas neste regime de idade intermediária, particularmente sistemas multiplanetários onde as Variações de Tempo de Trânsito (TTVs) podem restringir massas na presença de jitter estelar.

Metodologia
Os autores apresentam a validação e caracterização de TIC 150070085 b e um sinal candidato, TIC 150070085 c, utilizando uma abordagem multifacetada:

• Fotometria e Detecção de Trânsito: Os dados do TESS (Setores 20 e 47) foram reanalisados usando o algoritmo de busca Notch & LOCoR para recuperar o sinal primário de 10,47 dias e identificar um sinal secundário candidato de 7,9 dias. O acompanhamento terrestre foi realizado usando LCOGT (telescópios de 1m) e o Observatório Teide (0,4m e 1m) para confirmar trânsitos e medir Variações de Tempo de Trânsito.
• Espectroscopia e Caracterização Estelar: Espectros de alta resolução foram obtidos de TRES, LCOGT-NRES e MAROON-X. Parâmetros estelares ($T_{\text{eff}}$, $\log g$, $v \sin i_*$, metalicidade) foram derivados via Classificação de Parâmetros Estelares (SPC) e ajuste de Distribuição de Energia Espectral (SED).
• Determinação de Idade: A associação da estrela hospedeira com a associação Alessi 84 foi confirmada usando o algoritmo FriendFinder para identificar estrelas com movimento co-movente. A idade do aglomerado foi refinada combinando modelagem isócrona (PARSEC e DSEP-mag), giro cronologia (usando o catálogo TARS) e estimativa de idade baseada em variabilidade (EVA).
• Análise de Rossiter-McLaughlin (RM): Uma observação de trânsito com MAROON-X foi analisada para medir a obliquidade projetada no céu ($\lambda$) usando uma implementação atualizada do MISTTBORN, ajustando simultaneamente os dados fotométricos e de velocidade radial.
• Validação: As probabilidades de falso-positivo foram avaliadas usando TRICERATOPS, imagem de speckle ('Alopeke) e a presença de TTVs.

Principais Resultados

• Validação do Sistema: TIC 150070085 b é validado como um planeta com um raio de $3,62^{+0,21}_{-0,20} R_\oplus$ em uma órbita de 10,47 dias. A Probabilidade de Falso-Positivo (FPP) é <0,009.
• Planeta Candidato: Um sinal candidato, TIC 150070085 c, é detectado com um período de 15,90 dias ($3,03^{+0,30}_{-0,26} R_\oplus$). Embora a FPP seja <0,001, o sinal permanece como um candidato pendente de confirmação de trânsito adicional devido a uma lacuna de dados no Setor 47 do TESS coincidindo com o trânsito esperado.
• Idade e Propriedades Estelares: A estrela hospedeira é confirmada como membro da Alessi 84. Ao combinar métodos isócronos, giro cronológicos e de variabilidade, a idade do sistema é atualizada para 135 ± 10 Myr. A estrela hospedeira possui $T_{\text{eff}} \approx 6000$ K, $M_* \approx 1,16 M_\odot$, e um período de rotação de 2,89 dias.
• Alinhamento Spin-Órbita: A análise de RM resulta em uma obliquidade projetada no céu de $|\lambda| = 18 \pm 12^\circ$. A obliquidade real 3D é estimada em $\psi = 23 \pm 11^\circ$. Isso indica que o planeta está em uma órbita quase alinhada com sua estrela hospedeira.
• Variações de Tempo de Trânsito (TTVs): O sistema exibe TTVs com uma amplitude de $\gtrsim 30$ minutos. A razão de período dos dois planetas está próxima da ressonância de movimento médio 3:2. A modelagem TTVFast sugere que as TTVs são consistentes com um sistema onde o planeta c tem uma massa de $\sim 30 M_\oplus$ e o planeta b tem uma massa de 5–10 $M_\oplus$.
• Limites de Massa: Dados de velocidade radial de TRES, LCO e MAROON-X restringem a massa de TIC 150070085 b a um limite superior de $1,1 M_J$ (95% de confiança), descartando companheiros de massa estelar.

Significância
Este trabalho contribui com um dado crucial para a escassa população de planetas em trânsito em torno de estrelas com idades de 100–200 Myr. O sistema junta-se a um pequeno grupo de planetas jovens com obliquidades medidas, reforçando o padrão de que sistemas jovens tendem a ser bem alinhados ($|\lambda| \lesssim 20^\circ$), em contraste com a população mais ampla de sistemas maduros, que inclui uma fração significativa de órbitas desalinhadas. A detecção de TTVs significativas em um sistema jovem e ativo demonstra que interações dinâmicas podem ser investigadas mesmo quando as determinações de massa por velocidade radial tradicional são dificultadas pela atividade estelar. A validação de TIC 150070085 b e a identificação de seu companheiro ressonante fornecem um laboratório para testar modelos de migração impulsionada por disco e arquitetura inicial de sistemas planetários.