Analisi dinamica del sistema planetario TOI-1130

Short-period gas giant planets (P<10 d, R ≈ 10 Earth radii) challenge our understanding of planet formation and evolution. Three decades after the discovery of the first hot Jupiter, there is no consensus on the formation of these maverick planets. Two main formation scenarios have been proposed: disk migration and high eccentricity migration induced by outer massive companions. TOI-1130 is a star known to host a transiting planetary system in a unique orbital configuration: a hot Jupiter accompanied by an inner Neptune-like planet. Their orbital periods of 8.35 and 4.08 d, respectively, are close to a 2:1 period commensurability, which causes strong transit-timing variations, especially for the smaller inner transiting planet. Recent Doppler observations have unveiled the presence of a radial velocity trend, suggesting the presence of an outer massive planetary companion on a long-period orbit. In my thesis work, I analyzed new radial velocity observations covering a baseline of nearly 4 years. I modeled the Doppler measurements along with existing transit timings, employing numerical integration software to account for the mutual interactions of the two inner planets. I confirmed the presence of an outer giant planet on a ~960-d nearly circular orbit, with a minimum mass of ~3 Jupiter masses. I conducted various stability tests to pin down the true mass of the planet and its relative inclination with respect to the orbits of the two inner objects.

I Gioviani caldi, ovvero pianeti giganti gassosi con periodo orbitale minore di 10 giorni, rappresentano un enigma per la nostra comprensione dei meccanismi di evoluzione planetaria: a più di trent’anni dalla scoperta del primo oggetto di questa categoria, non è ancora stato raggiunto un consenso generale sul loro processo di formazione. Tali pianeti non possono formarsi vicino alla loro stella, quindi si devono considerare processi di migrazione dall’orbita originaria. I due meccanismi più accreditati sono la migrazione per interazione con il disco protoplanetario e la migrazione dovuta all’influenza di un compagno planetario massivo esterno. La stella TOI-1130 ospita due pianeti transitanti disposti in una configurazione orbitale molto rara: un gioviano caldo con un periodo orbitale di 8.35 giorni, e un pianeta nettuniano più piccolo con un periodo pari a 4.08 giorni. I due periodi orbitali sono vicini alla commensurabilità 2:1, ciò causa interazioni mutue particolarmente intense che inducono delle significative variazioni nei tempi di transito (TTV). Inoltre, recenti osservazioni spettroscopiche hanno mostrato la presenza di un trend nella velocità radiale della stella, che suggerisce l’esistenza di un terzo pianeta su un’orbita più esterna. Nel mio lavoro di tesi ho effettuato un’analisi congiunta di velocità radiali e TTV ricorrendo a tecniche di integrazione numerica per tenere conto delle interazioni mutue tra i pianeti. Utilizzando dei nuovi dati di velocità radiali, relativi a circa 4 anni di osservazioni, ho potuto inoltre confermare la presenza di un terzo pianeta con massa minima pari a 3.6 masse gioviane, posto su un’orbita quasi circolare con un periodo di circa 960 giorni. Ho infine condotto una serie di test di stabilità e analizzato l'evoluzione del sistema, ponendo così dei vincoli sulla massa vera del pianeta esterno e sull’inclinazione del suo piano orbitale rispetto a quelli dei pianeti interni.