Abstract (English version)
Kepler-68 is a G1V old main sequence star known to host two transiting planets
and a non-transiting one. With a magnitude in the Kepler band of 10.00 it is a
suitable target for RVs follow ups and spectroscopic analysis. It is also part of the
Gaia Early Data Release 3 (EDR3) that contains very precise coordinates and
parallax. It is a low-activity star, both from the photometric and spectroscopic point
of view.
The two transiting planets are named Kepler-68 b and Kepler-68 c. They have a
short-period orbit around the host star of about 5.4 days and 9.6 days respectively
and they are likely to be rocky Earths or super-Earths (~2.3 REarth and ~1 REarth
respectively). The non-transiting planet, named Kepler-68 d, has a period of about
630 days and, even if the radius is not known, it is likely to be a Jupiter analog, as its
minimum mass is around 0.77 MJupiter.
In this work, we aim to study again and more deeply this system both from the
photometric and spectroscopic point of view. The full Kepler light curve study with
updated algorithms together with a new and thorough analysis of the stellar physical
parameters led to a significant improvement in the planetary parameters
determination. Thanks to new radial velocity data collected by the HARPS-N
instrument at Telescopio Nazionale Galileo for this project, it was possible to
increase the precision on the physical parameters also from the RV point of view.
Together with the already existing public data from HIRES@Keck, we built an RV
dataset with a temporal baseline longer than 11 years. Taking advantage of the new
data, it was possible to infer the presence of a fourth brand new planet that turned
out to have a period of about 1550 days and a minimum mass of ~0.133 MJupiter.
The name of Kepler-68 e has been given to this new planet. In addition we used the
new TESS data to study, for the first time, possible transit time variations (TTVs)
using ephemerides built on Kepler data. Based on our analysis, no long term TTVs
are found.
We conclude with the determination of the density of planets b and c and their
location on the Radius-Mass diagram, with Kepler-68 b being one of the planets
with the most precise density measurement among the mini-Neptunes. Moreover, a
brief discussion on the possible migration paths of the planets is addressed. All
considered, this study constitutes the deepest and most updated study of the Kepler68 planetary system, that is still far from being fully characterized and represents an
amenable target for future photometric and spectroscopic measurements.
Abstract (versione italiana)
Kepler-68 è una vecchia stella di sequenza principale di classe spettrale G1V
conosciuta per ospitare due pianeti transitanti e uno non transitante. Avendo una
magnitudine di 10,00 nella banda fotometrica di Kepler, la stella è un obiettivo
abbordabile per ulteriori osservazioni con le velocità radiali e per analisi
spettroscopiche. Essa fa anche parte della Gaia Early Data Release 3 (EDR3), la
quale contiene misure molto precise delle sue coordinate e della sua parallasse. È
una stella che mostra bassa attività, sia dal punto di vista fotometrico sia
spettroscopico.
I due pianeti transitanti sono chiamati Kepler-68 b e Kepler-68 c. Hanno
un'orbita a corto periodo attorno alla stella ospitante di circa 5,4 giorni e 9,6 giorni
rispettivamente ed è probabile che essi siano pianeti analoghi alla Terra o superTerre (~2,3 RTerra e ~1 RTerra rispettivamente). Il pianeta non transitante, chiamato
Kepler-68 d, ha un periodo di circa 630 giorni e, anche se il raggio non è noto, è
probabile che si tratti di un pianeta di tipo Gioviano dato che la sua massa minima si
aggira intorno a 0,77 MGiove.
In questo lavoro, il nostro obiettivo è di studiare ancora e più accuratamente
questo sistema sia dal punto di vista fotometrico che spettroscopico. Lo studio
dell'intera curva di luce di Kepler, usando i più moderni algoritmi, insieme ad una
nuova e più accurata analisi dei parametri fisici della stella, ha portato ad un
significativo miglioramento dei parametri planetari. Grazie alle nuove velocità
radiali collezionate dallo strumento HARPS-N presso il Telescopio Nazionale
Galileo specificatamente per questo progetto, è stato possibile incrementare la
precisione anche dei parametri fisici derivati da esse. Insieme ai dati pubblici
preesistenti di HIRES@Keck, siamo stati in grado di costruire un dataset con una
lunghezza temporale di più di 11 anni. Grazie all'utilizzo dei nuovi dati è stato
possibile inferire la presenza di un quarto nuovo pianeta che si è rivelato avere un
periodo di circa 1550 giorni e una massa minima di circa ~0,133 MGiove. A questo
nuovo pianeta è stato dato il nome di Kepler-68 e. Oltre a ciò abbiamo usato i dati
provenienti da TESS per studiare, per la prima volta, possibili variazioni del tempo
di transito usando le effemeridi costruite sui dati di Kepler. In base alla nostra
analisi, non sono state trovate variazioni dei tempi di transito sul lungo termine.
Concludiamo con la determinazione della densità dei pianeti b e c e la loro
posizione sul diagramma Raggio-Massa, sottolineando che Kepler-68 b è uno dei
pianeti con la densità misurata più precisamente tra i mini-Nettuno. Inoltre,
riportiamo una breve discussione sui possibili percorsi di migrazione seguiti dai
pianeti. Alla luce di quanto esposto, questo lavoro costituisce il più profondo e
aggiornato studio del sistema planetario Kepler-68, che è ancora ben lontano
dall'essere completamente caratterizzato e rappresenta un obiettivo interessante per
future osservazioni sia fotometriche che spettroscopiche