GPI Spectroscopy of the Mass, Age, and Metallicity Benchmark Brown Dwarf HD 4747 B
Justin R. Crepp, David A. Principe, Schuyler Wolff, Paige A. Giorla Godfrey, Emily L. Rice, Lucas Cieza, Laurent Pueyo, Eric B. Bechter, Erica J. Gonzales
The physical properties of brown dwarf companions found to orbit nearby, solar-type stars can be benchmarked against independent measures of their mass, age, chemical composition, and other parameters, offering insights into the evolution of substellar objects. The TRENDS high-contrast imaging survey has recently discovered a (mass/age/metallicity) benchmark brown dwarf orbiting the nearby (d=18.69+/-0.19 pc), G8V/K0V star HD 4747. We have acquired follow-up spectroscopic measurements of HD 4747 B using the Gemini Planet Imager to study its spectral type, effective temperature, surface gravity, and cloud properties. Observations obtained in the H-band and K1-band recover the companion and reveal that it is near the L/T transition (T1+/-2). Fitting atmospheric models to the companion spectrum, we find strong evidence for the presence of clouds. However, spectral models cannot satisfactorily fit the complete data set: while the shape of the spectrum can be well-matched in individual filters, a joint fit across the full passband results in discrepancies that are a consequence of the inherent color of the brown dwarf. We also find a $2σ$ tension in the companion mass, age, and surface gravity when comparing to evolutionary models. These results highlight the importance of using benchmark objects to study "secondary effects" such as metallicity, non-equilibrium chemistry, cloud parameters, electron conduction, non-adiabatic cooling, and other subtleties affecting emergent spectra. As a new L/T transition benchmark, HD 4747 B warrants further investigation into the modeling of cloud physics using higher resolution spectroscopy across a broader range of wavelengths, polarimetric observations, and continued Doppler radial velocity and astrometric monitoring.
An optimised survey strategy for the ERIS/NIX imager: searching for young giant exoplanets and very low mass brown dwarfs using the K-peak custom photometric filter
The COBREX archival survey: improved constraints on the occurrence rate of wide-orbit substellar companions. I. A uniform re-analysis of 400 stars from the GPIES survey
Determining the Metallicity of Low-Mass Stars and Brown Dwarfs: Tools for Probing Fundamental Stellar Astrophysics, Tracing Chemical Evolution of the Milky Way and Identifying the Hosts of Extrasolar Planets
Unraveling the Brown Dwarf Desert: Four New Discoveries and a Unifying, Period-Coded Picture
Czech Academy of Sciences（捷克科学院）；Harvard & Smithsonian（哈佛-史密森天体物理中心）；Universidad Adolfo Ibáñez（阿道夫·伊巴涅斯大学）；Millennium Institute for Astrophysics（天体物理学千年研究所）；Astronomical Institute of Charles University（查理大学天文研究所）；Max-Planck-Institut für Astronomie（马克斯·普朗克天文学研究所）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；University of Leicester（莱斯特大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Sofia University “St Kliment Ohridski”（索非亚“圣克利门特·奥赫里德斯基”大学）
The Sonora Substellar Atmosphere Models. II. Cholla: A Grid of Cloud-free, Solar Metallicity Models in Chemical Disequilibrium for the JWST Era
系外行星和褐矮星的大气层通常显示出化学不平衡的迹象。在詹姆斯·韦伯太空望远镜时代，直接成像的系外行星的高分辨率光谱将允许更详细地描述其大气层，并允许系统测试这些大气层中偏离热化学平衡的化学物质的存在。限制这些大气中不平衡化学的存在作为参数的函数，如它们的有效温度和表面重力，将使我们能够更好地约束这些大气的物理学。本文是介绍索诺拉大气网格模型的一系列工作的一部分（Marley et al 2021，Morley et al in prep.）。在本文中，我们提出了一个网格的无云，太阳的金属丰度大气的棕矮星和宽分离的巨行星的关键分子物种，如CH 4，H2O，CO和NH3的不平衡。网格覆盖了Teff~[500 K，1300 K]，logg~[3.0，5.5]（cgs）和logKzz=2，4和7（cgs）的大气。我们研究了网格内不同参数对大气温度和成分分布的影响。我们讨论了它们对我们的模型大气的近红外颜色的影响，以及使用JWST对CH 4，H2O，CO和NH3的探测能力。我们将我们的模型与现有的MKO和斯皮策观测的棕矮星进行比较，并验证了T矮星大气的不平衡化学的重要性。最后，我们将讨论我们的模型如何帮助约束这些大气的垂直结构和化学成分。
Host-star metallicities and kinematics of directly imaged brown-dwarf companions
Università degli Studi di Milano（米兰大学）；Indian Institute of Astrophysics（印度天体物理研究所）；Visvesvaraya Technological University（维斯瓦纳塔亚理工大学）；Vikram Sarabhai Space Centre, ISRO（印度空间研究组织维克拉姆·萨拉巴伊太空中心）；St. Albert’s College（圣阿尔伯特学院）；European Southern Observatory（欧洲南方天文台）；Physical Research Laboratory（物理研究实验室）；Indian Institute of Technology, Dhanbad（印度理工学院丹巴德分校）；Pontificia Universidad Católica de Chile（智利天主教 Pontificia 大学）
An Ancient Brown Dwarf Transiting a Metal-Poor Thick Disk Star
University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；University of Hawai'i（夏威夷大学）；Northwestern University（西北大学）；Michigan State University（密歇根州立大学）；Caltech/IPAC-NASA Exoplanet Science Institute（加州理工学院/IPAC-NASA系外行星科学研究所）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；M.V. Lomonosov Moscow State University（莫斯科罗蒙诺索夫国立大学）
A universal brown dwarf desert formed between planets and stars
Tsung-Dao Lee Institute, Shanghai Jiao Tong University（上海交大李政道研究所）；Department of Physics, University of Warwick（华威大学物理系）；Centre for Exoplanets and Habitability, University of Warwick（华威大学系外行星与宜居性中心）；School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学物理与天文学院）；Institute for Astronomy, School of Physics, Zhejiang University（浙江大学物理学院天体物理研究所）；Center for Cosmology and Computational Astrophysics, Institute for Advanced Study in Physics, Zhejiang University（浙江大学物理学高等研究院宇宙学与计算天体物理中心）；School of Physics and Astronomy, University of Leicester（莱斯特大学物理与天文学院）；Department of Physics and Astronomy, The University of Georgia（佐治亚大学物理与天文系）；Center for Simulational Physics, The University of Georgia（佐治亚大学模拟物理中心）
Connecting substellar and stellar formation. The role of the host star's metallicity
我们目前对行星形成机制的理解大多是基于行星金属丰度的相关性，这些金属丰度的相关性主要来自于拥有气体巨行星的太阳型恒星。为了更深入地了解亚恒星的形成过程，我们的目标是分析恒星的金属丰度（质量和光谱类型），涵盖行星形成过程（从星子到棕矮星和低质量双星）的整个可能结果。我们的方法是基于使用高精度的恒星参数来自我们自己的小组在以前的工作中，从高分辨率的光谱，通过使用铁离子化和平衡条件。所有的值都是以均匀的方式得出的，除了M矮星，其中使用的方法的基础上使用的伪等效宽度的光谱特征。我们的结果表明，随着亚恒星伴星质量的增加，主星的金属丰度有降低的趋势。同样的趋势是保持在分析恒星与低质量的恒星同伴和倾向于一个广泛的主恒星的金属丰度被发现的系统与低质量的行星。我们还证实，更大质量的行星往往围绕更大质量的恒星运行。行星形成的核心吸积形成机制达到最大效率的行星质量范围为0.2和2 M $_{\rm Jup}$。质量越大的亚恒星物体形成为恒星的概率越高。即使在低金属量恒星周围，低质量行星和微行星也可能通过核心吸积形成。
Helios-r2 -- A new Bayesian, open-source retrieval model for brown dwarfs and exoplanet atmospheres
我们提出了一个改进的，混合的CPU-GPU大气检索代码，太阳神-R2，这是适用于中等分辨率的发射光谱的棕矮星，在准备精确的大气光谱学在詹姆斯韦伯太空望远镜的时代。该模型在Exoclimes模拟平台上以开源代码的形式提供。我们对Helios-R2进行了一系列不同难度的测试。最简单的测试包括在使用相同的辐射转移技术、相同的不透明度实现和相同的化学模型生成的正演模型上进行模拟反演。最不平凡的测试涉及模拟检索合成光谱从索诺拉模型网格，它使用不同的辐射转移技术，不同的实现不透明度，和不同的化学模型。一个校准因子，这是包括捕捉褐矮星半径的不确定性，到褐矮星的距离和光谱的通量校准，可能会补偿，有时错误的，在建模选择和实施的差异。我们分析了基准褐矮星GJ 570 D和Epsan-Indi系统中的双星褐矮星伴星的光谱。检索到的表面重力与以前的研究和/或从动力学质量推断的值是一致的（仅适用于Ependium Indi Ba和Bb）。关于如何拒绝恢复的棕矮星半径的非物理值，仍然没有明确的标准。应非常谨慎地对待推断出的半径和相应的质量。检索到的碳氧比和金属丰度取决于是否假设化学平衡。
The Impact of Irradiation on the Radius and Thermal Evolution of Transiting Brown Dwarfs
School of Earth and Space Exploration, Arizona State University（亚利桑那州立大学地球与空间探索学院）；Department of Astronomy and Astrophysics, University of California, Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校天文学与天体物理系）；Institute for Astronomy, University of Hawai‘i（夏威夷大学天文研究所）；William H. Miller III Department of Physics & Astronomy, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学威廉·H·米勒三世物理与天文学系）
Ionisation in atmospheres of brown dwarfs and extrasolar planets VI: Properties of large-scale discharge events
亚恒星大气中的矿物云在各种电荷过程中起着催化剂的特殊作用。如果云是带电的，周围的环境就会被电激活，带电颗粒的集合体就会放电（例如通过闪电），这会显著影响当地的化学物质，创造出类似于早期行星大气中生命的条件。我们注意到，这种闪电放电也有助于大气的电离状态。我们适用于从实验室测量和数值实验漂移凤凰模型大气结果的放电过程的比例律模型的放电的传播向下（闪电）和向上（精灵）通过大气云层。我们评估闪电放电的空间范围和能量。受影响的大气体积（例如温度或电子数的增加）在棕矮星大气中（$10^8 -~10^{10}$ m $^3$）比在巨大气体行星中（$10^4 -~10^{6}$ m $^3$）大。我们的结果表明，在一个事件的总耗散能量是$<10^{12}$ J的所有模型的初始太阳金属丰度。第一次尝试表明闪电对局部气相的影响表明，CH和CH $_2$等小碳水化合物分子的增加是以CO和CH $_4$为代价的。形成尘埃的分子被破坏，云粒子的特性被冻结，除非有足够的时间完全蒸发。我们总结了可能适合观测太阳系外天体闪电的仪器。
Impacts of Water Latent Heat on the Thermal Structure of Ultra-Cool Objects: Brown Dwarfs and Free-Floating Planets
棕矮星是了解行星和亚恒星大气在广泛的热和化学条件下的基本目标。随着调查继续深入，随着观测能力的不断提高，已知Y矮星的数量-最冷的亚恒星物体，有效温度低于约600 K -正在迅速增长。至关重要的是，这类超冷物体的大气条件与太阳系世界重叠，因此，从研究地球，木星，土星和其他附近世界中开发的工具和想法非常适合应用于亚恒星大气。为此，我们开发了一个一维（垂直）大气结构模型的超冷物体，包括潮湿的绝热对流，因为这是一个重要的过程，许多太阳系行星。该模型在有效温度（350，300，250，200 K），金属丰度（[M/H]为0.0，0.5，0.7，1.5）和重力（log $g$为4.0，4.5，4.7，5.0）的范围内的应用证明了水潜热释放对模拟温度-压力剖面的强烈影响。在最高的金属丰度，水蒸气的混合比例达到地球一样的3%，与相关的重大改变，在大气中的热结构，水冷凝。在近红外和中红外波段，特别是在詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测下，金属丰度和潮湿对流的光谱和光度特征应该很容易被探测到，并且可以帮助指示物体的形成历史。
