DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202557656
تاريخ النشر: 2026-03-01
المؤلف: Yolanda G. C. Frensch وآخرون
الموضوع الرئيسي: الدراسات النجمية والكوكبية والمجرية
نظرة عامة
تتركز الأبحاث المقدمة في برنامج GATOS على تأكيد وتوصيف الكواكب العملاقة الخارجية التي تعبر النجوم منخفضة الكتلة، وبالتحديد تلك التي تم تحديدها بواسطة مهمة TESS. تستخدم الدراسة بيانات طيفية عالية الدقة من HARPS وNIRPS لاشتقاق السرعات الشعاعية (RVs) مع تنفيذ تقنية جديدة لمعالجة البيانات بعد جمعها لتقليل التلوث الجوي في الأشعة تحت الحمراء القريبة. تؤكد النتائج وجود عملاقين غازيين: TOI-3288 b، وهو كوكب جوفي كثيف وساخن بكتلة قدرها $2.11 \pm 0.08 \, M_{Jup}$ ونصف قطر قدره $1.00 \pm 0.03 \, R_{Jup}$، وTOI-4666 b، وهو كوكب جوفي دافئ منخفض الكثافة بكتلة قدرها $0.70 \pm 0.06 \, M_{Jup}$ ونصف قطر قدره $1.11 \pm 0.04 \, R_{Jup}$.
تكشف الدراسة عن اتجاه نحو انخفاض كتلة الكواكب مع نوع الطيف للنجوم المضيفة، مما يشير إلى أن الأقزام M المتأخرة تميل إلى استضافة كواكب عملاقة أقل كتلة مقارنة بالأقزام M المبكرة. بالإضافة إلى ذلك، تسلط الضوء على أن الكواكب الغازية الأكثر كتلة غالبًا ما توجد حول النجوم الغنية بالمعادن، وهناك نسبة متزايدة من الأنظمة الثنائية بين النجوم منخفضة الكتلة التي تستضيف كواكب غازية. تتماشى هذه الملاحظات مع التنبؤات النظرية بشأن تأثير المعدن والازدواجية على تشكيل الكواكب العملاقة. يهدف برنامج GATOS إلى توسيع فهرس الكواكب العملاقة الخارجية الموصوفة بشكل جيد والتحقيق بشكل أكبر في ديناميات تشكيل الكواكب في أنظمة النجوم منخفضة الكتلة.
مقدمة
تناقش مقدمة الورقة ندرة الكواكب بكتلة كوكب المشتري حول الأقزام M، حيث تقترح النماذج النظرية أن النجوم ذات الكتل أقل من 0.5 $M_{\odot}$ لن تستضيف مثل هذه الكواكب بسبب القيود في آليات تراكم النواة وعدم الاستقرار الجاذبي. تنشأ هذه القيود من كثافات سطح القرص المنخفضة، وأوقات المدار الممتدة، وكتل الأقراص المنخفضة، مما يعيق تراكم المواد الصلبة والغاز اللازمة لتشكيل الكواكب العملاقة. على الرغم من هذه القيود النظرية، تشير البيانات الرصدية الحديثة إلى وجود كواكب عملاقة حول النجوم منخفضة الكتلة، مع معدلات حدوث تبلغ حوالي 0.27 ± 0.09% للنجوم في نطاق الكتلة من 0.45 – 0.65 $M_{\odot}$ وأدلة على كواكب عملاقة حول النجوم التي لديها $M_{\star} \leq 0.4 M_{\odot}$.
تسلط الورقة الضوء على التحديات التي تطرحها التحيزات الرصدية في تحديد عتبة الكتلة النجمية لتشكيل الكواكب العملاقة، خاصة بالنسبة للأقزام M الخافتة التي يصعب رصدها باستخدام الطيفيات البصرية التقليدية. يسمح إدخال الطيفيات في الأشعة تحت الحمراء القريبة (nIR)، مثل جهاز البحث عن الكواكب في الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRPS)، باستكشاف الأقزام M الأكثر خفوتًا، على الرغم من أنه يقدم تعقيدات تتعلق بامتصاص الجاذبية وخطوط الانبعاث. يهدف البرنامج الفرعي لملاحظات الوقت المضمون NIRPS (GTO) إلى توصيف الكواكب الغازية والأقزام البنية التي تعبر النجوم منخفضة الكتلة، وبالتالي توسيع العينة المعروفة وتحديد عتبة الكتلة لتشكيل الكواكب العملاقة. تؤكد الورقة وتصف عملاقين غازيين يعبران الأقزام K المتأخرة/M المبكرة، مما يساهم في تقديم قياسات جديدة للكتلة لهذه المجموعة التي لم يتم استكشافها بشكل كافٍ.
نقاش
يهدف برنامج NIRPS GTO TESS Follow-Up، المعروف باسم GATOS، إلى توصيف الكواكب الغازية التي تم تحديدها بواسطة قمر مسح الكواكب الخارجية العابرة (TESS) الذي يدور حول الأقزام M. بدأ البرنامج في أبريل 2023، ويركز على كواكب TESS ذات الاهتمام (TOIs) التي تتراوح نصف أقطارها بين $7.5 R_\oplus$ و$16 R_\oplus$، مما أسفر عن 193 مرشحًا بعد استبعاد الكواكب الموصوفة مسبقًا والإيجابيات الكاذبة. من بين النجوم المتبقية البالغ عددها 109، استوفى 14 فقط القيود الرصدية للمتابعة، حيث تم رفض 3 في النهاية ودرس 2 بواسطة فرق أخرى. تطور البرنامج منذ بدايته، مع زيادة عدد TOIs المناسبة بسبب الجهود المستمرة، بما في ذلك تحديد الإيجابيات الكاذبة من قبل البرنامج نفسه.
تتضمن الاستراتيجية الرصدية ملاحظات طيفية عالية الدقة باستخدام أدوات NIRPS وHARPS، مع التركيز على تحقيق توصيف كتلة 5σ للعملاقين الغازيين. لقد أكد البرنامج بنجاح وجود كواكب غازية حول هدفين، TOI-3288 وTOI-4666، من خلال قياسات السرعة الشعاعية (RV). بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام الفوتومترية الأرضية والتداخل النقطي للتحقق من إشارات العبور واستبعاد الإيجابيات الكاذبة الناتجة عن رفقاء نجميين قريبين. تؤكد النتائج على أهمية الملاحظات المنسقة للمتابعة في تأكيد مرشحي الكواكب الخارجية وتنقيح فهمنا لخصائصها.
DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202557656
Publication Date: 2026-03-01
Author(s): Yolanda G. C. Frensch et al.
Primary Topic: Stellar, planetary, and galactic studies
Overview
The research presented in the GATOS program focuses on confirming and characterizing giant exoplanets transiting low-mass stars, specifically those identified by the TESS mission. The study utilizes high-resolution spectroscopic data from HARPS and NIRPS to derive radial velocities (RVs) while implementing a novel post-processing technique to reduce telluric contamination in the near-infrared. The findings confirm two gas giants: TOI-3288 b, a dense hot Jupiter with a mass of $2.11 \pm 0.08 \, M_{Jup}$ and a radius of $1.00 \pm 0.03 \, R_{Jup}$, and TOI-4666 b, a low-density warm Jupiter with a mass of $0.70 \pm 0.06 \, M_{Jup}$ and a radius of $1.11 \pm 0.04 \, R_{Jup}$.
The study reveals a trend of decreasing planetary mass with the spectral type of the host stars, indicating that late M dwarfs tend to host less massive giant planets compared to early M dwarfs. Additionally, it highlights that more massive gas giants are often found around metal-rich stars, and there is an increased fraction of binary systems among low-mass stars hosting gas giants. These observations align with theoretical predictions regarding the influence of metallicity and binarity on giant planet formation. The GATOS program aims to expand the catalog of well-characterized giant exoplanets and further investigate the dynamics of planet formation in low-mass star systems.
Introduction
The introduction of the paper discusses the scarcity of Jupiter-mass planets around M dwarfs, with theoretical models suggesting that stars with masses below 0.5 $M_{\odot}$ would not host such planets due to limitations in core accretion and gravitational instability mechanisms. These limitations arise from low disk surface densities, extended orbital timescales, and low disk masses, which hinder the accumulation of solids and gas necessary for giant planet formation. Despite these theoretical constraints, recent observational data indicate the existence of giant planets around low-mass stars, with occurrence rates of approximately 0.27 ± 0.09% for stars in the mass range of 0.45 – 0.65 $M_{\odot}$ and evidence of giant planets around stars with $M_{\star} \leq 0.4 M_{\odot}$.
The paper highlights the challenges posed by observational biases in identifying the stellar mass threshold for giant planet formation, particularly for faint M dwarfs that are difficult to observe with traditional optical spectrographs. The introduction of near-infrared (nIR) spectrographs, such as the Near-InfraRed Planet Searcher (NIRPS), allows for the exploration of fainter M dwarfs, although it introduces complications related to telluric absorption and emission lines. The ongoing NIRPS Guaranteed Time Observations (GTO) subprogram aims to characterize gas giants and brown dwarfs transiting low-mass stars, thereby expanding the known sample and determining the mass threshold for giant planet formation. The paper confirms and characterizes two gas giants transiting late-K/early-M dwarfs, contributing new mass measurements to this underexplored population.
Discussion
The NIRPS GTO TESS Follow-Up program, known as GATOS, aims to characterize gas giants identified by the Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) orbiting M dwarfs. Initiated in April 2023, the program focuses on TESS Objects of Interest (TOIs) with planetary radii between $7.5 R_\oplus$ and $16 R_\oplus$, resulting in 193 candidates after excluding previously characterized planets and false positives. Of the remaining 109 stars, only 14 met the observational constraints for follow-up, with 3 ultimately rejected and 2 studied by other teams. The program has evolved since its inception, with the number of suitable TOIs increasing due to ongoing efforts, including the identification of false positives by the program itself.
The observational strategy includes high-resolution spectroscopic observations using the NIRPS and HARPS instruments, with a focus on achieving a 5σ mass characterization for gas giants. The program has successfully confirmed the presence of gas giants around two targets, TOI-3288 and TOI-4666, through radial velocity (RV) measurements. Additionally, ground-based photometry and speckle interferometry were employed to validate the transit signals and rule out false positives caused by nearby stellar companions. The findings underscore the importance of coordinated follow-up observations in confirming exoplanet candidates and refining our understanding of their characteristics.