Пропускная спектроскопия высокого разрешения земной экзопланеты GJ 486b: значение для JWS
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 ссылокТаблица 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
8. ПОСЛЕДСТВИЯ ДЛЯ JWST
GJ 486b будет наблюдаться JWST как во время транзита, так и во время затмения. Два прохождения GJ 486b планируется наблюдать с помощью спектрографа ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) JWST с помощью гризмы G395H в режиме временных рядов ярких объектов (BOTS) в рамках более крупной программы по поиску атмосфер на планетах, проходящих транзитом через М-карлик.
звезды (ГО 1981[12], П.И.: К. Стивенсон). Два затмения с помощью прибора среднего инфракрасного диапазона (MIRI) позволят дополнительно исследовать дневную атмосферу GJ 486b (GO 1743[13], PI: M. Mansfield).
Наши ограничения на состав атмосферы GJ 486b (раздел 6.2) могут помочь в будущих наблюдениях JWST. Кабальеро и др. (2022) показывают, что атмосфера с преобладанием H2/He может быть легко обнаружена JWST с двумя транзитами. Однако мы можем с уверенностью исключить с точностью до 5σ чистую атмосферу с преобладанием H2/He с H2O, CH4, NH3, HCN, CO2 и CO при солнечном содержании.
Мы дополнительно исследовали перспективы JWST по обнаружению атмосферы GJ 486b посредством моделирования наблюдений.
Мы использовали PandExo (Batalha et al. 2017) для моделирования двух прохождений GJ 486b с помощью NIRSpec G395H. Для соответствия запланированным наблюдениям мы использовали продолжительность наблюдения 5,14 часа, гризму R = 2700 f290lp и опцию подматрицы S1600A1 SUB2048. Мы установили для количества групп на интеграцию значение «оптимизированное» по умолчанию, предел насыщения — 80 % от полной емкости скважины и предположили отсутствие минимального уровня шума.
Мы рассмотрели восемь безоблачных моделей атмосфер, совместимых с нашими наблюдениями с высоким разрешением. Мы сосредоточились на H2O и CO2, поскольку они являются основными ожидаемыми поглотителями в спектральном диапазоне NIRSpec G395H. Модели также содержали фон H2. Четыре модели варьируют содержание H2O и среднюю молекулярную массу в атмосфере, в то время как содержание CO2 фиксируется на солнечном уровне (VMR,CO2 ≈ 5×10−9). Остальные четыре модели варьируют содержание CO2 и среднюю молекулярную массу в атмосфере, в то время как содержание H2O привязано к солнечному содержанию (VMR,H2O ≈ 5×10–4). Модели с переменной H2O имеют log10(VMRH2O) = –7, –5, –4 и –2, а МММ равны 2, 5, 10 и 18 соответственно. Модели с переменным CO2 имеют log10(VMRCO2) = -7, -5, -4 и -1, а МММ равны 2, 3, 7 и 7,5 соответственно. Эти значения VMR и MMW были выбраны потому, что они лежат сразу за пределами области пространства параметров VMR-MMW, исключенной нашими наблюдениями с высоким разрешением на рис. 11. Смоделированные наблюдения JWST для этих моделей показаны на рис. 14. Путем сравнения смоделированные шкалы ошибок наблюдений соответствуют размеру особенностей модельных спектров, очевидно, что запланированные транзитные наблюдения могли бы легко различить все рассматриваемые модели с переменным содержанием CO2 и солнечным содержанием H2O (нижние четыре панели на рис. 14). Однако эти наблюдения, возможно, не смогут отличить рассматриваемые нами модели с переменным содержанием H2O и солнечным содержанием CO2 (верхние четыре панели на рис. 14). Это указывает на взаимодополняющие возможности наземных наблюдений с высоким разрешением и наблюдений JWST, поскольку первые имеют большую чувствительность к H2O, а вторые — к CO2.
Мы отмечаем, что наши атмосферные модели не могут делать прогнозы, которые могли бы служить основой для наблюдений затмения, поскольку они имеют изотермические профили давления и температуры, которые создают невыразительные спектры излучения. Будущие исследования, которые также рассматривают ряд возможных профилей давления и температуры, могут дать полезную информацию о спектре излучения GJ 486b.
чем JWST к кислороду в атмосфере земной экзопланеты (Snellen et al. 2013). В этом режиме высоких отношений сигнал/шум для экзопланет земной группы уникальные возможности спектроскопии высокого разрешения позволят обнаруживать доплеровские сдвиги (которые могут указывать на атмосферные ветры; Снеллен и др., 2010), уширение линий (что может указывать на вращение; Снеллен и др. 2014) и потенциально молекулярные изотопологи (Molli`ere & Snellen 2019).
[12] https://www.stsci.edu/jwst/science-execution/program-information.html?id=1981
[13] https://www.stsci.edu/jwst/science-execution/program-information.html?id=1743
Оригинал