A transiting hot Jupiter with two outer siblings orbiting an intermediate-mass post main-sequence star

问题与背景
热木星是轨道周期小于10天的近星轨道气态巨行星，它们的出现对标准的行星形成理论提出了挑战，因为这些理论预测在原行星盘内形成的效率较低。目前有两种主要的迁移机制被用来解释其存在：平滑的磁盘驱动迁移（disk-driven migration），通常导致低偏心率和共面系统；以及高偏心率迁移（通过行星-行星散射或库兹科夫-利多夫循环/Kozai-Lidov cycles），这往往产生高偏心率、轨道失配以及孤立的热木星。特征明确的多行星系统对于区分这些路径至关重要。然而，拥有三颗或更多完全演化的木星质量行星、且其中至少有一颗是凌日行星的系统极其罕见。

方法论
作者展示了对 TOI-375 系统的发现与表征，该系统围绕一颗中等质量的后主序星（$M_\star \approx 1.44 M_\odot$）运行。本研究采用了多方面的观测手段：

• 凌日光度学： 分析了来自 TESS 任务的数据（涵盖多个观测周期，具有 30 分钟和 2 分钟两种采样频率）以及来自 LCOGT 网络和 MEarth-South 的地面后续观测数据。利用高斯过程和线性模型对光变曲线进行去趋势处理，以消除系统噪声和大气效应的影响。
• 径向速度 (RV) 测量： 在 2018 年至 2019 年间，利用 FEROS 光谱仪（MPG 2.2m 望远镜）和 CHIRON 光谱仪（CTIO 1.5m 望远镜）获取了 66 条高分辨率光谱。径向速度值通过互相关技术（针对 FEROS 使用 CERES 流水线，针对 CHIRON 使用标准互相关技术）得出。
• 恒星表征： 利用 Species 代码结合 Gaia DR3 的视差和星等，并通过将光谱与合成网格及 MIST 等龄线进行对比，推导出了恒星参数。
• 全局建模： 采用 juliet 库对光度和径向速度数据进行联合建模。使用贝叶斯模型比较（通过 AIC 和 BIC）来选择最佳拟合的轨道构型，测试了圆轨道与偏心轨道以及线性趋势的存在性。
• 内部结构建模： 基于核心吸积情景，利用 MESA 对最内层行星的物理性质进行了分析。

关键结果
分析确认了 TOI-375 是一个独特的绕行三行星系统：

1. TOI-375 b： 一颗凌日热木星，轨道周期为 $9.45469 \pm 0.00002$ 天。其质量为 $0.745 \pm 0.053 M_J$，半径为 $0.961 \pm 0.043 R_J$，偏心率较低，为 $0.087 \pm 0.042$。其平衡温度约为 1373 K。
2. TOI-375 c： 一颗通过径向速度检测到的暖-冷木星，周期为 $115.5^{+2.0}_{-1.6}$ 天，最小质量 ($M \sin i$) 为 $2.11 \pm 0.22 M_J$。
3. TOI-375 d： 一颗通过径向速度检测到的冷木星，周期为 $297.9^{+28.9}_{-18.6}$ 天，最小质量为 $1.40 \pm 0.28 M_J$。

恒星分析表明 TOI-375 处于亚巨星分支的末端，年龄约为 2.94 Gyr。没有显著的恒星活动指标（双峰对称性/bisector、H$\alpha$、S-指数）与径向速度信号相关，从而支持了行星起源的结论。TOI-375 b 的内部结构建模表明，其重元素富集程度（$Z_p/Z_\star \approx 10$）符合核心吸积模型，尽管受到高辐照，但未发现半径膨胀的证据。

意义与主张
本文声称，TOI-375 是已知首个拥有三颗或更多完全演化的气态巨行星且至少有一颗成员行星发生凌日的系统。这种架构为形成和迁移理论提供了罕见的约束。内层行星的低偏心率以及外层伴星的存在与磁盘驱动迁移情景相一致，尽管在没有精确测量相互倾角和自转-轨道对齐的情况下，无法完全排除高偏心率迁移的可能性。该系统是理解演化恒星周围多巨行星系统动力学演化的宝贵案例研究。