Masses and compositions of three small planets orbiting the nearby M dwarf L231-32 (TOI-270) and the M dwarf radius valley

Van Eylen, V. und Astudillo-Defru, N. und Bonfils, Xavier und Livingston, J. und Hirano, T. und Luque, R. und Lam, K. W. F. und Justesen, A. und Winn, J. N. und Gandolfi, D. und Nowak, G. und Palle, E. und Albrecht, S. und Dai, F. und Campos Estrada, B. und Owen, Jones und Foreman-Mackey, D und Fridlund, M. und Korth, J. und Mathur, S. und Forveille, Th. und Mikal-Evans, T und Osborne, H.L.M. und Ho, C.S.K. und Almenara, J und Barragan, Oscar und Barros, S. C. C. und Bouchy, F und Cabrera, J und Caldwell, Douglas A. und Charbonneau, D. und Chaturvedi, P. und Cochran, W. D. und Csizmadia, Szilard und Damasso, M. und Delfosse, X. und De Medeiros, J. R. und Diaz, R. F. und Doyon, R. und Esposito, M. und Furesz, G und Figueira, P. und Georgieva, I. und Goffo, E. und Grziwa, S. und Guenther, E. und Hatzes, A. und Jenkins, J.M. und Kabath, Petr und Knudstrup, Emil und Latham, D.W. und Lavie, B. und Lovis, C. und Mennickent, R. E. und Mullally, S.E. und Murgas, F. und Narita, N. und Pepe, F. und Persson, C. und Redfield, Seth und Ricker, G.R. und Santos, N. C. und Seager, S. und Serrano, L.M. und Smith, Alexis M S und Mascerano, A. S. und Subjak, J. und Twicken, Joseph D. und Udry, Stephane und Vanderspek, R. und Zapatero Osorio, M.R. (2021) Masses and compositions of three small planets orbiting the nearby M dwarf L231-32 (TOI-270) and the M dwarf radius valley. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 507 (2), Seiten 2154-2173. Oxford University Press. doi: 10.1093/mnras/stab2143. ISSN 0035-8711.

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2MB

Offizielle URL: https://academic.oup.com/mnras/article/507/2/2154/6356971

Kurzfassung

We report on precise Doppler measurements of L231-32 (TOI-270), a nearby M dwarf (d = 22 pc, M⋆ = 0.39 M⊙, R⋆ = 0.38 R⊙), which hosts three transiting planets that were recently discovered using data from the Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). The three planets are 1.2, 2.4, and 2.1 times the size of Earth and have orbital periods of 3.4, 5.7, and 11.4 d. We obtained 29 high-resolution optical spectra with the newly commissioned Echelle Spectrograph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations (ESPRESSO) and 58 spectra using the High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS). From these observations, we find the masses of the planets to be 1.58 ± 0.26, 6.15 ± 0.37, and 4.78 ± 0.43 M⊕, respectively. The combination of radius and mass measurements suggests that the innermost planet has a rocky composition similar to that of Earth, while the outer two planets have lower densities. Thus, the inner planet and the outer planets are on opposite sides of the 'radius valley' - a region in the radius-period diagram with relatively few members - which has been interpreted as a consequence of atmospheric photoevaporation. We place these findings into the context of other small close-in planets orbiting M dwarf stars, and use support vector machines to determine the location and slope of the M dwarf (Teff < 4000 K) radius valley as a function of orbital period. We compare the location of the M dwarf radius valley to the radius valley observed for FGK stars, and find that its location is a good match to photoevaporation and core-powered mass-loss models. Finally, we show that planets below the M dwarf radius valley have compositions consistent with stripped rocky cores, whereas most planets above have a lower density consistent with the presence of a H-He atmosphere.

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Dokumentart:

Zeitschriftenbeitrag

Titel:

Masses and compositions of three small planets orbiting the nearby M dwarf L231-32 (TOI-270) and the M dwarf radius valley

Autoren:

Autoren	Institution oder E-Mail-Adresse	Autoren-ORCID-iD	ORCID Put Code
Van Eylen, V.	Mullard Space Science Laboratory, University College London, HolmburySt Mary, Dorking, Surrey RH5 6NT, UK	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Astudillo-Defru, N.	Departamento de Matemática y Físíca Aplicadas, Universidad Católica de la Santísima Concepción, Alonso de Rivera 2850, Concepción, Chile	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Bonfils, Xavier	Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, France	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Livingston, J.	Department of Astronomy, The University of Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-0033, Japan	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Hirano, T.	department of earth and planetary sciences, tokyo institute of technology, 2-12-1 ookayama, meguro-ku, tokyo 152-8551, japan	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Luque, R.	Instituto de Astrofisica de Canarias (IAC), 38205, La Laguna, Tenerife, Spain; Departamento de Astrofisica, Universidad de La Laguna (ULL), 38206, La Laguna, Tenerife, Spain	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Lam, K. W. F.	kristine.lam (at) dlr.de	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Justesen, A.	Stellar Astrophysics Centre, Department of Physics and Astronomy, Aarhus University, Ny Munkegade 120, DK-8000 Aarhus C, Denmark	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Winn, J. N.	Department of Astrophysical Sciences, Princeton University, 4 Ivy Lane, Princeton, NJ, 08544, USA)	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Gandolfi, D.	Dipartimento di Fisica, Universita di Torino, Via Pietro Giuria 1, 10125, Torino, Italy	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Nowak, G.	Instituto de Astrofísicade Canarias, 38205 La Laguna, Tenerife, Spain \| Departamento de Astrofisica, Universidad de La Laguna, 38206 La Laguna, Spain	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Palle, E.	Instituto de Astrofisica de Canarias (IAC), 38205, La Laguna, Tenerife, Spain );; Departamento de Astrofisica, Universidad de La Laguna (ULL), 38206, La Laguna, Tenerife, Spain	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Albrecht, S.	Stellar Astrophysics Centre, Department of Physics and Astronomy, Aarhus University, Ny Munkegade 120, DK-8000 Aarhus C, Denmark	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Dai, F.	Department of Physics and Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Campos Estrada, B.	Astrophysics Group, Imperial College London, Blackett Laboratory, PrinceConsort Road, London SW7 2AZ, UK	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Owen, Jones	University of Cardiff	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Foreman-Mackey, D	Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute, New York, NY 10010, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Fridlund, M.	Leiden Observatory, Leiden University, 2333CA Leiden, The Netherlands; Department of Space, Earth and Environment, Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, 439 92, Onsala, Sweden	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Korth, J.	Rheinisches Institut fuer Umweltforschung an der Universitaet zu Koeln, Aachener Strasse 209, 50931 Koeln, Germany	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Mathur, S.	Instituto de Astrofisica de Canarias (IAC), 38205, La Laguna, Tenerife, Spain; Departamento de Astrofisica, Universidad de La Laguna, 38206, La Laguna, Tenerife, Spain	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Forveille, Th.	Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, 38000 Grenoble, France	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Mikal-Evans, T	Department of Physics and Kavli Institute for Astrophysics and SpaceResearch, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139,USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Osborne, H.L.M.	Mullard Space Science Laboratory, University College London, HolmburySt Mary, Dorking, Surrey RH5 6NT, UK	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Ho, C.S.K.	Mullard Space Science Laboratory, University College London, HolmburySt Mary, Dorking, Surrey RH5 6NT, UK	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Almenara, J	IPAG, Univ. Grenoble Alpes, CNRS, F-38000 Grenoble, France	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Barragan, Oscar	Oxford Astrophysics, Department of Physics, University of Oxford, Denys Wilkinson Building, Keble Road, Oxford OX1 3RH, UK	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Barros, S. C. C.	Instituto de Astrofisica e Ciencias do Espaco, Universidade do Porto, CAUP, Rua das Estrelas, 4150-762 Porto, Portugal	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Bouchy, F	Observatoire astronomique de l’Universit ́edeGen`eve, 51 ch des Maillettes,CH-1290 Versoix, Switzerland	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Cabrera, J	juan.cabrera (at) dlr.de	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Caldwell, Douglas A.	NASA Ames Research Center, Moffett Field, CA 94035, USA; SETI Institute, 189 Bernardo Ave., Suite 200, Mountain View, CA 94043, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Charbonneau, D.	Center for Astrophysics\|Harvard & Smithsonian, 60 Garden Street,Cambridge, MA 02138, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Chaturvedi, P.	Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Sternwarte 5, D-07778 Tautenburg, Germany	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Cochran, W. D.	Department of Astronomy and McDonald Observatory, University of Texas at Austin, 2515 Speedway, Stop C1400, Austin, TX 78712, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Csizmadia, Szilard	szilard.csizmadia (at) dlr.de	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Damasso, M.	INAF – Osservatorio Astrofisico di Torino, via Osservatorio 20,10025 Pino Torinese, Italy	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Delfosse, X.	Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, 38000 Grenoble, France	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
De Medeiros, J. R.	Departamento de F ́ısica Te ́orica e Experimental, Universidade Federal doRio Grande do Norte, Campus Universit ́ario, Natal, RN 59072-970, Brazi	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Diaz, R. F.	Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Buenos Aires, Argentina; CONICET - Universidad de Buenos Aires, Instituto de Astronomia y Fisica del Espacio (IAFE), Buenos Aires, Argentina	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Doyon, R.	Institut de Recherche sur les Exoplan`etes (IREx), D ́epartement de Physique,Universit ́e de Montr ́eal, C.P. 6128, Succ. Centre-Ville, Montr ́eal, QC H3C3J7, Canada	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Esposito, M.	Thüringer Landessternwarte Tautenburg, 07778, Tautenburg, Germany	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Furesz, G	MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, McNair building,77 Mass Ave 37-538, Cambridge, MA 02139, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Figueira, P.	European Southern Observatory, Alonso de Cordova 3107, Vitacura, Santiago, Chile; Instituto de Astrofisica e Ciencias do Espaco, Universidade do Porto, CAUP, Rua das Estrelas, 4150-762 Porto, Portugal	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Georgieva, I.	Department of Space, Earth and Environment, Chalmers University ofTechnology, Onsala Space Observatory, SE-439 92 Onsala, Sweden	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Goffo, E.	Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino, via PietroGiuria 1, I-10125, Torino, Italy	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Grziwa, S.	Rheinisches Institut furr Umweltforschung an der Universitaet zu Koeln, Aachener Strasse 209, 50931 Koeln, Germany	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Guenther, E.	Thueringer Landessternwarte, Sternwarte 5, Tautenburg 5, D-07778 Tautenburg, Germany	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Hatzes, A.	Thueringer Landessternwarte, Sternwarte 5, Tautenburg 5, D-07778 Tautenburg, Germany	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Jenkins, J.M.	Space Science & Astrobiology Division, NASA Ames ResearchCenter, Moffett Field, CA 94035, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Kabath, Petr	Astronomical Institute, Czech Academy of Sciences, Fricova 298, 25165, Ondrejov, Czech Republic 0000-0002-1623-5352	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Knudstrup, Emil	Stellar Astrophysics Centre, Dep. of Physics and Astronomy, Aarhus University, Ny Munkegade 120, DK-8000 Aarhus C, Denmark	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Latham, D.W.	Center for Astrophysics\|Harvard & Smithsonian, 60 Garden Street,Cambridge, MA 02138, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Lavie, B.	Geneva Observatory, University of Geneva, Chemin des Mailettes 51, 1290, Versoix, Switzerland	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Lovis, C.	Observatoire de l Universite de Geneve, 51 chemin des Maillettes, 1290 Sauverny, Switzerland	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Mennickent, R. E.	Department of Astronomy, University of Concepci ́on, Casilla 160-C,Concepci ́on, Chile	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Mullally, S.E.	Department of Aeronautics and Astronautics, MIT, 77 MassachusettsAvenue, Cambridge, MA 02139, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Murgas, F.	Instituto de Astrofisica de Canarias (IAC), 38205, La Laguna, Tenerife, Spain; Departamento de Astrofisica, Universidad de La Laguna, 38206, La Laguna, Tenerife, Spain	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Narita, N.	Department of Astronomy, The University of Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-0033, Japan; Astrobiology Center, NINS, 2-21-1 Osawa, Mitaka, Tokyo 181-8588, Japan; National Astronomical Observatory of Japan, NINS, 2-21-1 Osawa, Mitaka, Tokyo 181-8588	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Pepe, F.	Observatoire de Geneve, Universite de Geneve, 51 Chemin des Maillettes, 1290 Sauverny, Switzerland	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Persson, C.	Department of Earth and Space Sciences, Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, SE-439 92 Onsala, Sweden	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Redfield, Seth	Astronomy Department and Van Vleck Observatory, Wesleyan University, Middletown, CT 06459, USA 0000-0003-3786-3486	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Ricker, G.R.	Department of Physics and Kavli Institute for Astrophysics andSpace Research, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge,MA 02139, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Santos, N. C.	Instituto de Astrofisica e Ciencias do Espaco, Universidade do Porto, CAUP, Rua das Estrelas, 4150-762 Porto, Portugal; Departamento de Fisica e Astronomia, Faculdade de Ciencias, Universidade do Porto, Rua Campo Alegre, 4169-007 Porto, Portugal	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Seager, S.	Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, MIT, Cambridge, MA, 02139, USA; Department of Aeronautics and Astronautics, MIT, Cambridge, MA, 0213	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Serrano, L.M.	Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino, via PietroGiuria 1, I-10125, Torino, Italy	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Smith, Alexis M S	Alexis.Smith (at) dlr.de	https://orcid.org/0000-0002-2386-4341	NICHT SPEZIFIZIERT
Mascerano, A. S.	Instituto de Astrof ́ısica de Canarias, C/ V ́ıa L ́actea s/n, E-38205 La Laguna,Tenerife, Spain	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Subjak, J.	Astronomical Institute, Czech Academy of Sciences, Fricova 298, 25165, Ondrejov, Czech Republic; Astronomical Institute, Faculty of Mathematics and Physics, Charles University, Ke Karlovu 2027/3, 12116, Prague, Czech Republic	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Twicken, Joseph D.	NASA Ames Research Center, Moffett Field, CA 94035, USA; SETI Institute, 189 Bernardo Ave., Suite 200, Mountain View, CA 94043, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Udry, Stephane	Observatoire Astronomique de l'Université de Genève, 51 Ch. des Maillettes, CH-1290 Versoix, Switzerland	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Vanderspek, R.	Department of Physics and Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, MIT, Cambridge, MA, 02139, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Zapatero Osorio, M.R.	Centro de Astrobiología (CSIC-INTA), Carretera de Ajalvir km 4,28850 Torrejón de Ardoz, Madrid, Spain	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT

Datum:

Oktober 2021

Erschienen in:

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

Referierte Publikation:

Open Access:

Gold Open Access:

Nein

In SCOPUS:

In ISI Web of Science:

Band:

507

DOI:

10.1093/mnras/stab2143

Seitenbereich:

Seiten 2154-2173

Verlag:

Oxford University Press

ISSN:

0035-8711

Status:

veröffentlicht

Stichwörter:

planets and satellites: composition; planets and satellites: formation; planets and satellites: fundamental parameters; planets and satellites: individual:

HGF - Forschungsbereich:

Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr

HGF - Programm:

Raumfahrt

HGF - Programmthema:

Erforschung des Weltraums

DLR - Schwerpunkt:

Raumfahrt

DLR - Forschungsgebiet:

R EW - Erforschung des Weltraums

DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):

R - Projekt PLATO - PMC und Science

Standort:

Berlin-Adlershof

Institute & Einrichtungen:

Institut für Planetenforschung > Extrasolare Planeten und Atmosphären

Hinterlegt von:

Csizmadia, Szilard

Hinterlegt am:

30 Nov 2021 11:09

Letzte Änderung:

30 Nov 2021 11:09

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