Пропускная спектроскопия высокого разрешения: заключение и признание

20 февраля 2024 г.

:::информация Этот документ доступен на arxiv под лицензией CC 4.0.

Авторы:

(1) Эндрю Ридден-Харпер, факультет астрономии и Институт Карла Сагана, Корнельский университет и amp; Обсерватория Лас-Кумбрес;

(2) Стеванус К. Нугрохо, Астробиологический центр и amp; Япония и amp; Национальная астрономическая обсерватория Японии;

(3) Лаура Флэгг, факультет астрономии и Институт Карла Сагана, Корнелльский университет;

(4) Рэй Джаявардхана, факультет астрономии Корнелльского университета;

(5) Джейк Д. Тернер, факультет астрономии и Институт Карла Сагана, Корнельский университет и amp; научный сотрудник NHFP Сагана;

(6) Эрнст де Муай, Центр астрофизики, Школа математики и физики & Королевский университет в Белфасте;

(7) Райан Макдональд, факультет астрономии и Институт Карла Сагана;

(8) Эмили Дейберт, Дэвид А. Данлэп, факультет астрономии и amp; Астрофизика, Университет Торонто и amp; Обсерватория Джемини, NOIRLab NSF;

(9) Мотохидэ Тамура, Институт астрономии Данлэпа и amp; Астрофизика, Университет Торонто

(10) Такаюки Котани, факультет астрономии, Высшая школа естественных наук, Токийский университет, Центр астробиологии и amp; Национальная астрономическая обсерватория Японии;

(11) Теруюки Хирано, Астробиологический центр, Национальная астрономическая обсерватория Японии и amp; Департамент астрономических наук Высшего университета перспективных исследований;

(12) Масаюки Кузухара, Обсерватория Лас-Кумбрес и amp; Астробиологический центр;

(13) Масаси Омия, Обсерватория Лас-Кумбрес и amp; Астробиологический центр;

(14) Нобухико Кусакабе, Обсерватория Лас-Кумбрес и amp; Астробиологический центр.

:::

Таблица ссылок

• Абстрактное и amp; Введение
• Наблюдение
• Сокращение и обработка данных
• Модельные спектры
• Метод перекрестной корреляции
• Результаты
• Облака и дымка
• Последствия для JWST
• Заключение и признание
• Приложение и amp; Ссылки

9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В этом исследовании мы искали атмосферу экзопланеты GJ 486b с массой 1,3 R⊕ с помощью трансмиссионной спектроскопии высокого разрешения. Полученные нами атмосферные ограничения дополнительно позволяют лучше понять возможные атмосферы планет земной группы, вращающихся вокруг звезд М-карликов.

Мы наблюдали три транзита GJ 486b на спектрографах IRD, IGRINS и SPIRou, а также искали поглощение ее атмосферой методом кросс-корреляции высокого разрешения. Мы искали C2H2, CH4, CO, CO2, FeH, H2O, HCN, H2S, K, Na, NH3, PH3, SiO, TiO и VO, но не обнаружили каких-либо надежных атмосферных сигналов. Наилучшим потенциальным обнаружением была H2O на уровне 3σ, наблюдаемая только в наборе данных IGRINS. Однако этот потенциальный сигнал, вероятно, является артефактом несовершенно удаленных линий H2O в звездном спектре. Мы предполагаем, что можно улучшить подавление этих звездных линий, используя трехмерные модели звездной конвекции, как показано Chiavassa & Броги (2019).

Тем не менее, мы получили информативные верхние пределы содержания многих химических веществ, выполнив тесты по вводу и восстановлению сигналов. Наши тесты на восстановление позволяют нам исключить чистую атмосферу с преобладанием H2/He с солнечным молекулярным содержанием с достоверностью >5σ, а также исключить чистую 100% водную атмосферу с достоверностью 3σ. Поскольку атмосфера с преобладанием воды часто считается наиболее вероятной для планет размером 3 M⊕, таких как GJ 486b (например, Ортензи и др., 2020), наши результаты могут иметь важные последствия для моделей внутреннего строения планет.

Мы также исследовали влияние наших результатов на предстоящие наблюдения JWST за транзитом GJ 486b. Мы обнаружили, что эти наблюдения будут особенно чувствительны к присутствию CO2, но с меньшей чувствительностью к H2O, что подчеркивает взаимодополняющие возможности наблюдений с высоким разрешением и JWST.

Таким образом, наши результаты показывают, что GJ 486b не обладает безоблачной атмосферой с преобладанием H/He и солнечным содержанием. Однако он может иметь вторичную атмосферу с высокой средней молекулярной массой или атмосферу с преобладанием H2/He с облаками. Наши результаты дают дополнительные доказательства того, что планеты земной группы, вращающиеся вокруг звезд М-карликов, испытывают значительные атмосферные потери.

БЛАГОДАРНОСТЬ

Благодарим анонимного рецензента за конструктивные замечания. Мы также благодарны Хадзиме Кавахаре за полезные советы.

Это исследование [частично] основано на данных, собранных на телескопе Субару, которым управляет Национальная астрономическая обсерватория Японии. Для нас большая честь и благодарность за возможность наблюдать за Вселенной с острова Маунакеа, который имеет культурное, историческое и природное значение на Гавайях.

В этой работе использовался инфракрасный спектрометр с погружной решеткой (IGRINS), который был разработан в сотрудничестве Техасского университета в Остине и Корейского института астрономии и космических наук (KASI) при финансовой поддержке Астрономического фонда горы Куба США. Национальный научный фонд в рамках грантов AST-1229522 и AST-1702267, Обсерватории Макдональда Техасского университета в Остине, Корейского проекта GMT KASI и Обсерватории Джемини.

На основе наблюдений, полученных в международной обсерватории Джемини, программа NOIRLab ННФ, которой управляет Ассоциация университетов астрономических исследований (AURA) в соответствии с соглашением о сотрудничестве с Национальным научным фондом от имени партнерства обсерватории Джемини: Национального Научный фонд (США), Национальный исследовательский совет (Канада), Национальное агентство исследований и разработок (Чили), Министерство науки, технологий и инноваций (Аргентина), Министерство науки, технологий, Inova¸coes e Comunica¸coes (Бразилия) и Корейский институт астрономии и космических наук (Республика Корея).

На основе наблюдений, полученных на канадско-французско-гавайском телескопе (CFHT), которым с вершины Маунакеа управляет Национальный исследовательский совет Канады, Национальный институт наук вселенных и Национальный центр научных исследований Франции, и Гавайский университет. Наблюдения на телескопе Канада-Франция-Гавайи проводились с осторожностью и уважением с вершины Маунакеа, которая является важным культурным и историческим объектом.

На основе наблюдений, полученных с помощью SPIRou, международного проекта под руководством Научно-исследовательского института астрофизики и планетологии, Тулуза, Франция.

В этом исследовании использовались Энциклопедия внесолнечных планет, Библиографическая служба системы астрофизических данных НАСА и Архив экзопланет НАСА, которым управляет Калифорнийский технологический институт по контракту с Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства в рамках Программы исследования экзопланет. /п>

М.Т. поддерживается грантом JSPS KAKENHI № 18H05442, 15H02063 и 22000005. SKN поддерживается грантом JSPS KAKENHI № 22K14092.

Поддержка J.D.T для этой работы была предоставлена ​​НАСА в рамках гранта НАСА имени Хаббла #HSTHF2-51495.001-A, предоставленного Научным институтом космического телескопа, которым управляет Ассоциация университетов по исследованиям в области астрономии, Incorporated, в соответствии с контрактом НАСА NAS5- 26555.

Оборудование: 8,2-метровый телескоп Subaru (IRD), 8,1-метровый телескоп Gemini-South (IGRINS), 3,6-метровый канадско-французско-гавайский телескоп (SPIRou)

Программное обеспечение: Astropy (Astropy Collaboration et al. 2013, 2018); SciPy (Виртанен и др., 2020); NumPy (Харрис и др., 2020); petitRADTRANS (Моллиер и др., 2019); призраки (Карналл, 2017).

---

Оригинал