Updated Orbital Decay Rate of WASP-12 with New Data from TESS and Ground-based Observations

Abstract

We investigate the orbital decay behavior of the well-studied hot Jupiter WASP-12\,b orbiting its late-F host star on a 1.09-day orbit by analyzing its transit timings. Thanks to precise photometric data covering nearly 15 years of observations from the space and the ground since the discovery of the planet, including a transit light curve of our own, it became possible to study this behaviour in its details. This work updates the orbital period to a new value of $P = 1.0914202527 \pm 0.000000039\,\text{days}$ and agrees with the previous finding that the planetary orbit has been shrinking with an updated rate of $-31.03 \pm 0.94\,\text{ms yr}^{-1}$. This corresponds to an orbital decay timescale of $\tau =P/|\dot{P}| = 3.04 \pm 0.09\,\text{Myr}$ that we attribute to the strong tidal interactions between the host-star and the planet. We also update the reduced stellar tidal quality factor as $Q_{*}^{\prime} = (1.72 \pm 0.39) \times$ $10^{5}$, which corresponds to the lower bound of the previously reported values of the parameter.

Keywords

• orbital decay
• methods: data analysis
• techniques: photometric
• stars: individual: WASP-12
• planetary systems

TESS ve yer-tabanlı gözlemler ışığında WASP-12b'nin güncellenmiş yörünge küçülme oranı

Öz

Bu çalışmada, geç F tayf türünden bir barınak yıldızın etrafında 1.09 günlük bir yörünge döneminde dolanan, çok çalışılmış WASP-12\,b sıcak Jupiter türü gezegenin geçiş zamanlarını inceleyerek yörüngenin küçülme davranışı gösterip göstermediğini araştırdık. Keşfinden beri, neredeyse 15 yılı kapsayan, hem uzaydan hem yerden elde edilen fotometrik veri, hem de bizim kendimize ait bir gözlemimiz sayesinde, bahsi geçen yörünge küçülmesini detaylarıyla incelemek mümkün oldu. Bu çalışma gezegenin yörünge dönemini $P = 1.0914202527 \pm 0.000000039\,\text{gün}$ olarak güncellemesinin yanı sıra gezegenin yörüngesinin sabit bir oran ile küçüldüğünü doğrulamakta ve bu oran $-31.03 \pm 0.94\,\text{ms yıl}^{-1}$ olarak verilmektedir. Bu bulgunun işaret ettiği yörünge küçülmesi zaman ölçeği $\tau=P/|\dot{P}|= 3.04 \pm 0.09\,\text{Milyon yıl}$ olarak bulunmuştur. Yörünge dönemindeki bu kısalma gezegen ve barınak yıldızı arasındaki tedirginlik etkilerine atfedilmiştir. Ek olarak, bu çalışmada yıldızın tedirginlik etkileşmeleri sonucu açığa çıkan enerjiyi alma kapasitesini ifade eden tedirginlik kalite faktörü $Q_{*}^{'} = (1.72 \pm 0.39)\times 10^{5}$ olarak bulunmuştur. Bu değer, daha önceki çalışmalarda rapor edilmiş değer aralığının alt sınırındadır.

Anahtar Kelimeler

• orbital decay
• methods: data analysis
• techniques: photometric
• stars: individual: WASP-12
• planetary systems

References

1. Albrecht S., et al., 2012, ApJ, 757, 18
2. Allen A., DuPrie K., Berriman B., Hanisch R. J., Mink J., Teuben P. J., 2013, in Friedel D. N., ed., Astronomical Society of the Pacific Conference Series Vol. 475, Astronomical Data Analysis Software and Systems XXII. p. 387 (arXiv:1212.1916), doi:10.48550/arXiv.1212.1916
3. Applegate J. H., 1992, ApJ, 385, 621
4. Babcock H. W., 1961, ApJ, 133, 572
5. Bailey E., Batygin K., 2018, in AAS/Division for Planetary Sciences Meeting Abstracts #50. p. 113.10
6. Bailey A., Goodman J., 2019, MNRAS, 482, 1872
7. Barker A. J., 2020, MNRAS, 498, 2270
8. Barker A. J., Ogilvie G. I., 2009, MNRAS, 395, 2268

9. Bechter E. B., et al., 2014, ApJ, 788, 2
10. Bergfors C., et al., 2013, MNRAS, 428, 182
11. Bonomo A. S., et al., 2017, A&A, 602, A107
12. Canto Martins B. L., et al., 2020, ApJS, 250, 20
13. Chakrabarty A., Sengupta S., 2019, AJ, 158, 39
14. Chambers J., 2007, in AAS/Division of Dynamical Astronomy Meeting #38. p. 6.04
15. Chan T., Ingemyr M., Winn J. N., Holman M. J., Sanchis-Ojeda R.,
16. Esquerdo G., Everett M., 2011, AJ, 141, 179
17. Collins K. A., Kielkopf J. F., Stassun K. G., Hessman F. V., 2017a, AJ, 153, 77
18. Collins K. A., Kielkopf J. F., Stassun K. G., 2017b, AJ, 153, 78
19. Crossfield I. J. M., Barman T., Hansen B. M. S., Tanaka I., Kodama T., 2012, ApJ, 760, 140
20. D’Angelo G., Durisen R. H., Lissauer J. J., 2010, in Seager S., ed., , Exoplanets. University of Arizona Press, pp 319–346, doi:10.48550/arXiv.1006.5486
21. De K., et al., 2023, Nature, 617, 55
22. Eastman J., Gaudi B. S., Agol E., 2013, PASP, 125, 83
23. Fabrycky D., Tremaine S., 2007, ApJ, 669, 1298
24. Gaia Collaboration et al., 2016, A&A, 595, A1
25. Gaia Collaboration et al., 2022, preprint, (arXiv:2208.00211)
26. Goldreich P. M., 1963, PhD thesis, Cornell University, New York
27. Goldreich P., Soter S., 1966, Icarus, 5, 375
28. Hagey S. R., Edwards B., Boley A. C., 2022, AJ, 164, 220
29. Hamer J. H., Schlaufman K. C., 2019, AJ, 158, 190
30. Harre J. V., et al., 2023, A&A, 669, A124
31. Hebb L., et al., 2009, ApJ, 693, 1920
32. Hiltner W. A., 1962, Astronomical techniques.. Chicago, University Press
33. Himes M. D., Harrington J., 2022, ApJ, 931, 86
34. Honeycutt R. K., 1992, PASP, 104, 435
35. Husnoo N., Pont F., Mazeh T., Fabrycky D., Hébrard G., Bouchy F., Shporer A., 2012, MNRAS, 422, 3151
36. Ivshina E., Winn J., 2022, in Bulletin of the American Astronomical Society. p. 102.353
37. Jackson B., Greenberg R., Barnes R., 2008, ApJ, 681, 1631
38. Jenkins J. M., et al., 2016, in Chiozzi G., Guzman J. C., eds, Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE) Conference Series Vol. 9913, Software and Cyberinfrastructure for Astronomy IV. p. 99133E, doi:10.1117/12.2233418
39. Knutson H. A., et al., 2014, ApJ, 785, 126
40. Lanza A. F., Damiani C., Gandolfi D., 2011, A&A, 529, A50
41. Levrard B., Winisdoerffer C., Chabrier G., 2009, ApJ, 692, L9
42. Lithwick Y., Naoz S., 2011, ApJ, 742, 94
43. Llama J., Vidotto A. A., Jardine M., Fares R., 2013, in European Planetary Science Congress. pp EPSC2013–272
44. Maciejewski G., Errmann R., Raetz S., Seeliger M., Spaleniak I.,
45. Neuhäuser R., 2011, A&A, 528, A65
46. Maciejewski G., et al., 2013, A&A, 551, A108
47. Maciejewski G., et al., 2016, A&A, 588, L6
48. Maciejewski G., et al., 2018, Acta Astron., 68, 371
49. Mandel K., Agol E., 2002, ApJ, 580, L171
50. Meibom S., Barnes S. A., Platais I., Gilliland R. L., Latham D. W.,
51. Mathieu R. D., 2015, Nature, 517, 589
52. Naoz S., Farr W. M., Lithwick Y., Rasio F. A., Teyssandier J., 2011, Nature, 473, 187
53. Ngo H., et al., 2015, ApJ, 800, 138
54. Ogilvie G. I., 2014, ARA&A, 52, 171
55. Ogilvie G. I., Lin D. N. C., 2007, ApJ, 661, 1180
56. Öztürk O., Erdem A., 2019, MNRAS, 486, 2290
57. Patra K. C., Winn J. N., Holman M. J., Yu L., Deming D., Dai F., 2017, AJ, 154, 4
58. Patra K. C., et al., 2020, AJ, 159, 150
59. Poddaný S., Brát L., Pejcha O., 2010, New Astron., 15, 297
60. Ricker G. R., et al., 2015, Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems, 1, 014003
61. Rosário N. M., Barros S. C. C., Demangeon O. D. S., Santos N. C., 2022, A&A, 668, A114
62. Sada P. V., et al., 2012, PASP, 124, 212
63. Schwarz G., 1978, Annals of Statistics, 6, 461, ADS
64. Skumanich A., 1972, ApJ, 171, 565
65. Stassun K. G., Collins K. A., Gaudi B. S., 2017, AJ, 153, 136
66. Stassun K. G., et al., 2019, AJ, 158, 138
67. Tejada Arevalo R. A., Winn J. N., Anderson K. R., 2021, ApJ, 919, 138
68. Turner J. D., Ridden-Harper A., Jayawardhana R., 2021, AJ, 161, 72
69. Verrier P. E., Evans N. W., 2009, MNRAS, 394, 1721
70. Vissapragada S., et al., 2022, ApJ, 941, L31
71. Weinberg N. N., Sun M., Arras P., Essick R., 2017, ApJ, 849, L11
72. Winn J., 2019, in AAS/Division for Extreme Solar Systems Abstracts. p. 201.04
73. Wong I., Shporer A., Vissapragada S., Greklek-McKeon M., Knutson
74. H. A., Winn J. N., Benneke B., 2022, AJ, 163, 175
75. Yee S. W., et al., 2020, ApJ, 888, L5