The Polar Vortex Hypothesis: Evolving, Spectrally Distinct Polar Regions Explain Short- and Long-term Light Curve Evolution and Color-Inclination Trends in Brown Dwarfs and Giant Exoplanets
本研究提出极涡假说,认为褐矮星与巨型系外行星光谱独特且长期演化的极区可解释其颜色-倾角等观测趋势,通过时空大气模型验证了该假说的合理性,指出一维静态大气模型的局限性。
2024-10-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Definition of Exoplanets and Brown Dwarfs
Observatoire de Paris(巴黎天文台)
本文回顾系外行星与褐矮星的定义,强调以形成机制(吸积vs引力坍缩)区分二者,并指出质量界限的模糊性,提出未来观测检验方法。
2025-10-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Atmospheric Regimes and Trends on Exoplanets and Brown Dwarfs
行星大气是行星的外层气体。除了在从太空观察到的第一个和最容易到达的行星层中具有科学意义外,它与行星的形成和演化,表面和内部过程以及行星的可居住性密切相关。目前关于行星大气的理论主要是通过对太阳系中的八颗大行星、冥王星和三颗大卫星(木卫一、土卫六和海卫一)的研究获得的。在太阳系之外,我们的银河系中已经确认了4000多颗太阳系外行星(系外行星)和2000颗褐矮星,它们的数量正在迅速增长。来自这些奇异天体的丰富信息提供了一个数据库,可以从统计意义上测试行星气候的基本理论。在这里,我们回顾了目前的知识,大气的系外行星和褐矮星从最近的观测和理论。这篇评论强调了重要的制度和统计趋势,在合奏的大气作为第一步,充分表征不同的亚恒星大气,说明了基本原则和关键问题。通过分析大气特征对基本行星参数的依赖性,获得了一些见解。主要的过程,影响大气稳定度,能量输送,温度,成分和流动模式进行了讨论和阐述简单的标度律。我们把这篇评论献给亚当·P·肖曼博士(1968-2020),以表彰他对巨行星、系外行星和褐矮星上大气动力学的理解所做出的根本性贡献。
2020-07-06 astro-ph.EP astro-ph.SR
Detectability of satellites around directly imaged exoplanets and brown dwarfs
星下伴星周围的超新星是一种具有各种不同形成历史的异质天体。聚焦于系外行星和褐矮星周围的潜在可探测卫星,我们可能会发现属于两个主要群体的物体:类似于泰坦或伽利略卫星的行星状卫星-可能在核心吸积范围内形成;以及类似双星的物体,在不同的情况下形成,例如磁盘不稳定性。这些潜在卫星的性质将彼此非常不同。此外,我们期望它们的表征将提供有关系统历史的有见地的信息。这对于通过直接成像(DI)发现的起源不明的行星/棕矮星尤为重要。在本文中,我们回顾了不同的技术,适用于DI行星/棕矮星,可以用来发现这样的卫星。这是通过模拟系外行星$β$ Pic b周围的卫星群来实现的,这是一个测试案例。对于每颗模拟卫星,检索了DI、径向速度、过境和天体测量信号相对于行星的幅度,并与当前和未来仪器的探测极限进行了比较。此外,我们还编制了一份通过DI发现的38颗亚恒星伴星的清单,以初步估计用不同的技术从上述两个种群中发现卫星的概率。这种简化的方法表明,探测到类行星卫星,虽然不是严格不可能的,但非常不可能。另一方面,对类双星的探测在现有仪器的能力范围内。
2022-07-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
Gaia, Non-Single Stars, Brown Dwarfs, and Exoplanets
在其全天巡天中,盖亚将通过天体测量和光度测量监测数百万颗主序星,这些主序星对距离主星几个天文单位内的褐矮星伴星和非常短时间内的凌日褐矮星具有足够的灵敏度。此外,在太阳后院发现的数千个超冷矮星将有直接(绝对)距离盖亚的估计,对于这些盖亚天体测量将有足够的精度来揭示任何质量与木星一样低的轨道伴星。因此,盖亚观测对褐矮星天体物理学中的许多重要问题(它们是如何孤立地形成的,又是如何与恒星相伴形成的?)行星能在它们周围形成吗?它们的基本参数是什么,如年龄、质量和半径?他们的大气物理学是什么?),以及它们与恒星和行星的联系盖亚在褐矮星科学领域的全部遗产潜力将在与地面和太空中的其他探测和表征计划相结合时实现。
2014-06-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
Bridging the Gap: Using Brown Dwarfs to Examine Silicate Clouds in Giant Exoplanet Atmospheres
American Museum of Natural History(美国自然历史博物馆);Dordt University(多尔特大学);Center for Exoplanetary Systems, Space Science Institute(系外行星系统中心,空间科学研究所);The Graduate Center, City University of New York(纽约市立大学研究生中心)
通过棕矮星理论研究四个JWST观测热木星的硅云模型,探讨大气中形成痕迹的证据,支持巨行星在形成过程中采用恒星的Mg/Si比值。
2026-03-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Revealing the Vertical Cloud Structure of a young low-mass Brown Dwarf, an analog to the beta-Pictoris b directly-imaged exoplanet, through Keck I/MOSFIRE spectro-photometric variability
年轻的褐矮星类似于巨大的系外行星,因为它们共享有效温度,近红外颜色和表面重力。因此,对年轻褐矮星的详细描述可能会为巨型系外行星的研究提供帮助,我们目前无法以足够的信噪比观察它们的大气层。2 MASS J22081363+2921215是一颗年轻的L3褐矮星,属于β-Pica-b年轻移动群(2300万年+/-300万年),与β-Pica-b巨型系外行星共享其有效温度和质量。我们用安装在凯克I望远镜上的MOSFIRE多目标摄谱仪对2 MASS J22081363+2921215进行了约2.5小时的J波段分光光度监测。我们测得其J波段光变曲线的最小变异幅度为3.22 +/-0.42%。2 MASS J22081363+2921215的最大和最小通量谱之间的比率显示出弱的波长依赖性和潜在的增强的变化幅度在碱性线。进一步分析表明,碱性线上的变异幅度高于整体变异幅度(4.5- 11%,取决于线)。如果我们将原始MOSFIRE光谱的分辨率降低到R~100,则这些谱线中的可变性幅度较低,这解释了为什么先前在HST/WFC 3光变曲线中没有发现这种潜在的碱性谱线增强的可变性。使用辐射传输模型,我们得到了不同的云层,可能会引入分光光度变化,我们观察到2 MASS J22081363+2921215,进一步支持测量增强的变化幅度在碱性线。我们提供了一个艺术的娱乐垂直云结构的β-Picadium b类似物…
2021-07-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
Understanding exoplanet formation, structure and evolution in 2010
在这篇简短的评论中,我们总结了我们目前对系外行星形成,结构和演化的理解(和不理解),根据最新的发现。最近对凌日的大质量棕矮星的观测似乎显著地证实了在这一领域中预测的理论质量-半径关系。在某些情况下,这种质量-半径关系提供了一个强有力的诊断,以区分行星和相同质量的棕矮星,例如Hat-P-20 b。如果得到证实,后一种观测表明,行星形成至少发生在8倍木星质量的地方。相反,在年轻的低消光星团中观测到的质量只有几个木星的褐矮星强烈地暗示了(大质量)行星和(低质量)褐矮星之间存在重叠的质量域,即这两个不同的(就形成机制而言)种群之间没有质量边缘。最后,对许多凌日行星推断出的大部分重物质证实了核心吸积情景是行星形成的主导情景。
2010-12-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
Population-Level Eccentricity Distributions of Imaged Exoplanets and Brown Dwarf Companions: Dynamical Evidence for Distinct Formation Channels
直接成像的系外行星和褐矮星伴星的轨道偏心率提供了它们形成和动力学历史的线索。我们结合了新的高对比度成像观测的亚恒星同伴主要与凯克/NIRC 2一起从文献中获得的天体测量,以测试人口水平的偏心率分布的差异27个长周期的巨行星和褐矮星同伴之间的5-100 AU使用分层贝叶斯建模。对于轨道弧短的伴星,轨道拟合是以统一的方式进行的;这通常会导致对单个偏心率分布的广泛限制,但作为一个整体,这些系统提供了对其集体基本轨道模式的宝贵见解。对于我们的全部样本,从e=0到1,离心率分布函数的形状近似平坦。当按伴星质量和质量比细分时,巨行星和棕矮星的基本分布显示出显着的差异。低质量比的伴星优先具有低的离心率,类似于具有径向速度和凌日的暖彗星的轨道特性。我们解释这是在大规模的,扩展磁盘内的基本上不受干扰的轨道上原位形成的证据。棕矮星伴星在e $\approx$ 0.6-0.9处表现出宽峰,有证据表明它依赖于轨道周期。这与宽(1-200 AU)恒星双星的轨道特性和周期偏心率趋势非常相似,表明在这个分离范围内的棕矮星主要以类似的方式形成。我们还报告的证据表明,“偏心二分法”观察到在小的分离延伸到行星的宽轨道:平均偏心率的多行星系统HR 8799是低于系统与单行星。(节录)
2019-11-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
Lightning on exoplanets and brown dwarfs: Modelling and detection of lightning signatures throughout the electromagnetic spectrum
闪电是一种重要的电现象,已知存在于几个太阳系行星中。它携带对流和云形成的信息,可能对生物前化学很重要。系外行星和褐矮星已经被证明拥有适合闪电放电的环境。在这个博士项目中,我的目标是确定系外行星和褐矮星上的闪电是否比太阳系行星上的闪电更有活力,寻找最有希望的特征是什么,以及这些“系外闪电”特征是否可以从地球上检测到。本论文主要围绕三个主题展开。首先,我讨论了地球、木星、土星和金星的闪电气候学研究。我应用所获得的闪电统计太阳系外行星,以给闪电发生在系外行星和褐矮星的初步估计。接下来,我介绍了一个简短的研究潜在的闪电活动的系外行星HAT-P-11b,根据以前的无线电观测。与此相关,我讨论了第一次估计的观测闪电从密切的棕矮星,与光学丹麦望远镜。我的项目的最后一部分集中在一个闪电射电模型,这是应用于研究的能量和无线电功率释放的闪电放电在热巨气体行星和褐矮星大气。释放的能量决定了信号的可观测性,以及闪电对物体局部大气的影响。这项工作结合了从行星和地球科学中获得的知识,并利用这些知识来了解更多关于太阳系外系统的信息。我的主要结果表明,系外行星上的闪电可能比太阳系中的闪电更有活力,这支持了未来观测和探测太阳系外天体闪电活动的可能性。我的工作为未来的无线电、光学和红外搜索“外闪电”提供了基础。
2021-03-18 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
Relation between Brown Dwarfs and Exoplanets
自发现系外行星以来,天文学中最具争议的主题之一是我们如何区分最大质量的此类物体与像棕矮星(BD)这样的极低质量恒星?我们一直在寻找物理特征差异的证据,这些差异可能与不同的形成过程有关。使用一个新的诊断图,比较重子引力势(BGP)的距离,从他们的主恒星,我们已经分类的样本355研究的系外行星根据其可能的结构。然后,我们将系外行星与87个确认的BD样本进行了比较,确定了BGP中可能是两个物体共同的范围。通过分析系外行星和BD在这些不同BGP范围内的质量半径关系(MRR),我们能够区分不同的特征行为。通过与文献中的模型进行比较,我们的结果表明,BD和大质量系外行星可能具有类似的结构,主要由液态金属氢(LMH)组成。
2016-07-27 astro-ph.EP
Measuring the D/H Ratios of Exoplanets and Brown Dwarfs
氘和氢的相对丰度是行星形成和演化的有力示踪剂。木星和土星有原太阳大气层的D/H比,这是来自星云大量气体吸积的遗迹,而海王星和天王星的大气层由于冰吸积到它们的包层中而增加了D。对于类地行星,D/H比被用来确定挥发物的输送机制和随后的大气层在行星的寿命损失。质量大于13 MJ的行星和棕矮星很快就融合了它们最初的D库。在这里,我们模拟了Teff=200- 1800 K的巨系外行星和棕矮星(2 M海王星到~10 M木星)的光谱,包括CH 3D和HDO,以确定这些主要氘同位素在中红外热发射光谱中的可观测性。由于分子截面的温度依赖性,较冷的物体在其光谱中具有较强的分子特征。在所有考虑的温度下,CH 3D比HDO更容易观察,这是由于其吸收带的强度和在具有很少其他强吸收特征的波长处的特征的位置。我们预测,对于附近的冷棕矮星,CH 3D丰度可以用詹姆斯·韦伯太空望远镜在高信噪比下测量;对于200- 800 K的天体,接近10 pc,原太阳D/H比将在2.5小时内容易观察到。JWST可能会发现中等年轻的氘质量行星(1亿-3亿年)和年轻的海王星(1千万年),并在未来十年内为探测系外行星上的氘提供最佳目标。未来的望远镜设计应该考虑同位素对于理解行星大气的形成和演化的重要性。
2019-10-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dynamically coupled kinetic chemistry in brown dwarf atmospheres -- II. Cloud and chemistry connections in directly imaged sub-Jupiter exoplanets
本研究利用三维Exo-FMS通用环流模型耦合动力学化学、云形成和光谱辐射传输方案,模拟直接成像亚木星系外行星,揭示了云和化学对大气温度结构的复杂反馈,并生成时间相关光谱以研究大气变化性。
2024-02-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
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。
2020-02-10 astro-ph.EP astro-ph.SR
Exploring terrestrial lightning parameterisations for exoplanets and brown dwarfs
观测和模型表明,形成闪电的条件可能存在于形成云的太阳系外行星和褐矮星大气中。这些天体上的闪电与太阳系已知的闪电是相似还是非常不同,有待回答,因为太阳系外天体的闪电还没有被探测到。我们探索地球闪电parameterisations比较辐射的能量和总的无线电功率发射的闪电放电地球,木星,土星,太阳系外的巨大气体行星和褐矮星。我们发现,炽热的巨型气体行星和褐矮星上的闪电可能具有$10^{11}$ - $10^{17}$ J量级的能量,比地球闪电的平均总能量($10^9$ J)大2到8个数量级,比木星或土星上的闪电($10^{12}$ J)高出5个数量级,肯定了这些大气层之间的明显差异。系外行星和褐矮星上的闪电可能比从太阳系观测到的更有活力,释放出更多的无线电功率。这样的能量将增加探测到太阳系外天体与闪电有关的无线电发射的可能性。
2021-06-14 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
Mineral Snowflakes on Exoplanets and Brown Dwarfs: Coagulation and Fragmentation of Cloud Particles with {\sc HyLandS}
褐矮星和系外行星提供了独特的大气机制,这些机制包含了它们形成路线和演化状态的信息。模拟矿物云粒子的形成是为CRIRES+、JWST和ARIEL等任务和仪器以及{ \sc PolStar}等可能的偏振测量任务做准备的关键。其目的是支持更详细的观测,需要更好地了解微物理云过程。我们扩展我们的动力学云形成模型,处理成核,冷凝,蒸发和沉淀的混合材料云粒子一致的模型云粒子-粒子碰撞。新的混合代码,{ \sc HyLandS},被应用到{ \sc Drift-Phoenix}(T,p)-profiles的网格。利用有效介质理论和米氏理论研究了该材料的光学性质。湍流是碰撞的主要驱动过程,碰撞成为云底($p>10^{-4}\,{\rm bar}$)的主导过程。碰撞产生三种结果之一:碎裂大气层($\log_{10}(g)=3$),分裂大气层($\log_{10}(g)=5$,$T_{\rm eff} \leq 1800\, {\rm K}$)和凝聚生长主导大气层($\log_{10}(g\,)=5$,$T_{\rm eff} > 1800\, {\rm K}$)。云粒子不透明度斜率在光学波长(HST)的增加与碎片,是硅酸盐功能在中红外波长。混合矩箱法{ \sc HyLandS}证明了在保证单元守恒的同时将矩箱法结合起来的可行性。它为捕捉粒子碰撞的一般趋势提供了一个强大而快速的工具,与其他微物理过程保…
2022-03-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
Auto-Differentiable Spectrum Model for High-Dispersion Characterization of Exoplanets and Brown Dwarfs
我们提出了一个自动微分光谱模型的系外行星和褐矮星。该模型使一个完全的贝叶斯推断的高色散数据,以适应从头算逐线光谱计算所观察到的光谱,通过结合它与最近的概率编程语言中的哈密顿蒙特卡罗。在本研究中开发的开源代码exoadministration是用Python编写的,使用GPU/TPU兼容包进行自动微分和加速线性代数,JAX(Bradbury et al. 2018)。我们通过与现有的不透明度计算器和辐射转移代码进行比较来验证该模型,并发现输出的合理协议。作为示范,我们分析了附近的褐矮星,Luhman 16 A的高色散光谱,发现一个模型,包括水,一氧化碳,和$\mathrm{H_2/He}$碰撞诱导吸收很好地拟合观测光谱($R=10^5$和2.28-2.30 $μ$ m)。结果,我们发现,$T_0=1295_{-32}^{+35}$ K在1巴和C/O $=0.62 \pm 0.03$,这是略高于太阳值。这项工作展示了对高色散光谱仪观察到的褐矮星和系外行星以及高色散日冕仪观察到的直接成像系外行星进行全面贝叶斯分析的潜力。
2021-11-17 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
The Dawes Review 3: The Atmospheres of Extrasolar Planets and Brown Dwarfs
在过去的几年里,已知的系外行星数量和描述其大气特性的方法范围都有了显着的增加。与此同时,越来越冷的褐矮星的新发现已经降低了它们的温度范围,现在已经延伸到<300 K的Y矮星。这些大气层的建模需要开发新的技术来处理这些物体中的分子化学和云。棕矮星的大气层已经被相当好的了解,但仍有一些问题存在,特别是在L/T转换时云的行为。系外行星大气特征的观测数据主要局限于巨型系外行星,这些行星是热的,因为它们靠近它们的恒星(热彗星),或者因为它们很年轻,仍然在冷却。对于这些行星,有很好的证据表明IR中存在CO和H2O吸收。在一些天体中观察到钠吸收。反射光测量显示,一些巨大的系外行星非常暗,表明大气层中没有云。然而,在其他一些行星上也有云和薄雾的好证据。一些高度辐射的行星有膨胀的半径,尽管这种膨胀的机制还不清楚。关于巨型系外行星大气的组成和结构的其他一些问题,如逆温结构的出现,CO2和CH 4的存在或不存在,以及高C/O比的出现仍然是研究和争论的主题。
2014-09-24 astro-ph.EP astro-ph.SR
The SEEDS High Contrast Imaging Survey of Exoplanets around Young Stellar Objects
我们提出了高对比度观测的68个年轻的恒星物体(YSO)探索的一部分,斯巴鲁望远镜的SEEDS调查。我们的目标是非常年轻的($<$ 1000万年)恒星,它们通常拥有行星可能形成的原行星盘。我们实现了一个典型的对比度$\sim$ $10^{-4}$ - $10^{-5.5}$在角距离1 \arcsec \从中央恒星,对应于典型的质量敏感性(假设热启动进化模型)$\sim$ 10 ${\rm M_J}$在70 AU和$\sim$ 6 ${\rm M_J}$在140 AU。我们发现了HIP 79462的一个新的恒星伴星,并确认了亚恒星物体GQ Lup b和ROXs 42 B b。另外六个同伴候选人等待后续观察,以检查共同的自行。我们的SEEDS YSO观测探测了行星和褐矮星在最年轻时的种群;这些可以与针对较老恒星的调查结果进行比较。我们的样本和相关的观测结果将有助于对巨型行星形成进行详细的统计分析。
2016-12-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
A self-consistent cloud model for brown dwarfs and young giant exoplanets: comparison with photometric and spectroscopic observations
我们为褐矮星和年轻的巨型系外行星开发了一个简单的,物理的和自洽的云模型。我们比较了不同的云粒子大小的参数化,无论是固定粒子半径,或固定的混合效率(参数fsed)或估计粒子半径从简单的微观物理。云方案与简单的微观物理似乎是最好的parametrisation成功地再现观测到的光度和光谱的棕矮星和年轻的巨大的系外行星。特别是,它再现了L-T转换,由于硅酸盐和铁云在可见光/近红外光球下的凝结。它还再现了低重力物体观测到的红化现象,这是由于低重力时云的光学深度增加。此外,我们发现云的温室效应改变了化学平衡,增加了在高温下稳定的物种的丰度。这种效应应该大大有助于甲烷丰度在L-T过渡的强烈变化,并在年轻的系外行星上观察到的甲烷耗尽。最后,我们预测了一个连续的棕矮星和系外行星的存在,绝对J星等=15-18和J-K色=0-3,由于L-T转变与重力的演变。因此,这种自洽的模式提供了一个总体框架,以了解云的影响,似乎非常适合大气反演。
2017-11-30 astro-ph.EP
Polarimetric Detection of Exoplanets Transiting T- and L- Brown Dwarfs
虽然光被原子和分子的光的散射在T-矮星和L-矮星的B-波段产生大量的偏振,但被L-矮星多云大气中的尘埃颗粒散射在这些物体更明亮的远光学和红外波长处产生显著的偏振。然而,如果云是均匀分布的,并且物体是球对称的,则可观测的圆盘平均偏振应该为零。因此,为了解释观测到的几个L-矮星的大偏振,旋转引起的扁率或水平不均匀的云分布在大气中调用。另一方面,当一颗地球大小或更大的太阳系外行星沿着视线经过棕矮星时,在凌日过程中引起的不对称性会产生一个非零的、依赖于时间的净偏振。适用于T-和L-矮星的有效温度和表面重力范围内的大气模型,我推导出这些对象在过境阶段的时间相关的偏振分布,并估计在过境入口/出口阶段的内部接触点期间发生的偏振的峰值幅度。结果表明,被地球大小或更大的系外行星遮蔽的L型云矮星,在I和J波段可能出现0.2- 1.0%的偏振峰值。这样的极化量甚至比快速旋转的L-矮星的旋转诱导扁率所能产生的极化量要高。因此,我认为时间分辨成像偏振应该是一个潜在的技术来检测凌日系外行星周围的L-矮星。
2016-07-09 astro-ph.EP astro-ph.SR
Determining the true mass of radial-velocity exoplanets with Gaia: 9 planet candidates in the brown-dwarf/stellar regime and 27 confirmed planets
质量是确定天体真实性质的最重要参数之一。然而,许多已发表的系外行星缺乏对其真实质量的测量,特别是那些由于其宿主恒星的径向速度(RV)变化而被检测到的系外行星。对于这些卫星,只有最小质量或$m\sin i$是已知的,这是因为返回式飞行器对探测到的轨道与天空平面相比的倾角不敏感。数据库中给出的质量通常是假定的侧倾系统($\sim$ 90 $^\circ$)的质量,但许多其他倾角也是可能的,甚至是接近0 $^\circ$(正面)的极端值。在这种情况下,公布的物体的质量可能被严重低估了两个数量级。在本研究中,我们使用Kiefer et al.(2019)& Kiefer(2019)最近开发的工具GASTON,利用庞大的Gaia天体测量数据库,以限制数百个已公布的系外行星候选者的倾角和真实质量。我们发现了9颗恒星或褐矮星(BD)领域的系外行星候选者,其中6颗从未被描述过。我们发现30个Ari B b、HD 141937 b、HD 148427 b、HD 6718 b、HIP 65891 b和HD 16760 b在3- $σ$处的质量大于13.5 M $_\text{J}$。我们还确认了27颗系外行星的行星性质,其中HD 10180 c,d和g。研究轨道周期,偏心率和主星金属丰度在BD域中,我们发现与其他出版物一致的分布相对于真实质量。轨道周期的分布表明,$\sim$ 100天以下的BD检测的…
2020-09-29 astro-ph.EP astro-ph.SR
Structure and evolution of the first CoRoT exoplanets: Probing the Brown Dwarf/Planet overlapping mass regime
我们提出了详细的结构和演化计算的第一个凌日太阳系外行星发现的天基CoRoT任务。理论半径和观测半径之间的比较提供了关于CoRoT天体内部组成的信息。我们区分了三种不同类型的行星出现在这些发现和以前的地面调查:(i)行星解释的标准行星模型,包括辐射,(ii)异常膨胀的行星和(iii)大质量的物体属于重叠的质量制度之间的行星和褐矮星。对于第二类,我们表明,潮汐加热可以解释相关的CoRoT对象,提供非零偏心率。我们强调,通常在凌日光变曲线分析中所做的潮汐使轨道快速圆化的假设,并不像Levrard等人(2009年)最近所建议的那样是先验合理的,并且应该对某些观测仔细重新进行偏心率分析。最后,特别关注的是CoRoT-3b,并确定其性质:巨行星或褐矮星?这个物体的半径确定证实了理论上对亚恒星区域气态物体质量半径的预测,但是,考虑到目前观测的不确定性,还不能明确地确定它的性质。然而,这为观测识别这两个不同的天体物理群体,褐矮星和巨行星,在它们重叠的质量范围内开辟了道路,就像对8千兆赫质量的物体Hat-P-2b所做的那样。(节略)
2009-07-15 astro-ph.EP astro-ph.SR
Exoplanets versus brown dwarfs: the CoRoT view and the future
CoRoT已经探测到几十个天体,其半径从1.67地球半径。它们的质量从小于5.7地球质量(CoRoT-24 b,Alonso等人,2014年)到63木星质量(CoRoT-15 b,Bouchy等人,2011年)不等。人们可能会倾向于认为,物体的质量越大,它的尺寸就越大,并且在质量和/或半径上有一些限制,超过这些限制的物体就不是行星,而是质量非常低的恒星,低于80木星质量限制,可以触发核聚变(即“褐矮星”)。CoRoT的发现有助于行星与褐矮星的争论,因为没有明确的质量半径关系。
2016-04-04 astro-ph.EP
Doppler Imaging of Exoplanets and Brown Dwarfs
多普勒成像使用高色散光谱技术生成旋转物体的2D全球地图。当应用于褐矮星和太阳系外行星时,这种技术可以以前所未有的细节约束全球大气动力学和/或磁场对这些物体的影响。我提出了第一个定量评估的前景多普勒成像的亚恒星物体与现有的设施和未来的巨型地面望远镜。K波段的观测灵敏度最高,但H和L波段也可用于这些目的。为了评估目标的数量和可用性,我还提出了一个汇编的光度变化,旋转周期(P)和投影旋转速度(v sin i)的棕矮星和系外行星的所有测量。几个明亮的物体已经可以用现有的仪器进行多普勒成像。随着巨大的地面望远镜的发展,多普勒成像将成为可行的几十个棕矮星和少数最明亮的直接成像的太阳系外行星(如β Pic b)。目前对P、v sin i和变异性的测量对于许多天体来说是不完整的,并且样本强烈地偏向于早期类型的天体(< L5)。因此,测量晚型物体的这些量的调查将特别有助于扩大通过多普勒成像进行全球天气监测的候选样本。
2014-04-30 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Transiting exoplanets from the CoRoT space mission. XV. CoRoT-15b: a brown dwarf transiting companion
我们报告发现的CoRoT空间任务的过境褐矮星绕F7 V恒星的轨道周期为3.06天。CoRoT-15 b的半径为1.12 + 0.30 - 0.15 Rjup,质量为63.3 +- 4.1 Mjup,因此是第二颗位于棕矮星理论质量范围内的凌日伴星。与标准演化模型相比,CoRoT-15 b要么非常年轻,要么膨胀,这种情况类似于M矮星靠近太阳型恒星的情况。光谱限制和光变曲线的分析有利于中心恒星的旋转周期在2.9到3.1天之间,与系统的双同步兼容。
2010-10-01 astro-ph.EP
The influence of non-isotropic scattering of thermal radiation on spectra of brown dwarfs and hot exoplanets
本文采用二次叠加的辐射转移程序计算了近红外热发射光谱,其中包括云和霾的散射。初始温度廓线和云光学厚度取自漂移凤凰棕矮星模型。众所周知,与忽略云时相比,云粒子会改变光谱。云层减少了近红外光谱的通量,使其比晴空情况下更红。我们还确认,光谱计算中不包括散射可能会导致光谱在幅度和随波长的变化方面产生百分之几十的误差。这对于大于波长并且其中仅含有少量铁的粒子尤其明显。散射粒子将显示比吸收(例如铁)粒子更深的吸收特征,并且粒子大小也将影响计算的红外颜色。大颗粒也往往是强烈的前向散射,我们表明,在这种情况下,假设各向同性散射也会导致非常大的误差的频谱。因此,当大气中存在云时,在选择热平衡或光谱计算的辐射转移方法时必须小心。除了辐射转移方法的选择外,模型预测的粒子类型也会改变关于红外颜色和痕量气体丰度的结论。因此,当从系外行星或褐矮星的直接红外观测以及凌日系外行星的二次日食测量中推导温度分布或气体丰度时,了解云的散射特性至关重要,因为散射云会改变深度气体吸收特征等。因此,忽略云的存在可以产生与真实大气特性显著不同的检索特性。
2011-06-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
Atmospheric circulation of brown dwarfs and directly imaged exoplanets driven by cloud radiative feedback: global and equatorial dynamics
褐矮星和直接成像的系外行星展示了活跃的大气环流的观测证据,提出了关于驱动环流的机制,其基本性质和时间变化的关键问题。我们以前的工作证明了云辐射反馈驱动一个有力的大气环流使用本地模型,假设笛卡尔几何和常数科里奥利参数的关键作用。在这项研究中,我们探索的性质的全球动力学。我们表明,在模式底层相对较强的耗散下,中高纬度地区普遍存在水平各向同性涡旋,而在低纬度可观测层附近,大规模纬向传播波占主导地位。赤道波具有东向和西向相速度,并且具有几百m/s的典型速度的东向分量通常主导赤道时间变率。全球模拟的光变曲线显示出幅度从0.5%到几个百分点的变化,这取决于旋转周期和视角。模拟的光变曲线的时间演变是严重影响赤道波,显示波拍效应和差异的光变曲线周期性的内在旋转周期。云的垂直范围在赤道最大,随着纬度的增加,由于旋转的影响越来越大,云的垂直范围向极地减小。在较弱的底部耗散,强大和广泛的纬向急流发展和修改波传播和光变曲线的变化。我们的建模结果有助于解释令人费解的时间演变观察到的光变曲线,在IR比无线电波长的变化周期略短,和视角的变化幅度和IR颜色的依赖性。
2021-01-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
Exoplanet Ephemerides Change Observations (ExoEcho). II. Transit timing variation analysis of Brown Dwarfs around Solar-type Stars
本研究利用TESS数据对太阳型恒星周围的凌星褐矮星进行长期TTV分析,未发现显著轨道变化,但模拟表明NGTS-7A b等目标未来几年最有望探测到轨道衰减,展示了TTV技术研究褐矮星形成与演化的潜力。
2025-05-27 astro-ph.EP astro-ph.SR
An Eclipsing Substellar Binary in a Young Triple System discovered by SPECULOOS
质量、半径和年龄是天体的三个最基本参数,可以研究恒星、褐矮星和行星的演化和内部物理。棕矮星是富含氢的天体,无法维持核心聚变反应,但可以通过电子简并压力来支持坍缩。随着年龄的增长,褐矮星会变冷,半径和光度会减小。年轻的系外行星也有类似的行为。褐矮星的演化模型被用来推断这些天体的质量、半径和年龄。类似的模型被用来推断直接成像的系外行星的质量和半径。不幸的是,目前只有稀疏的经验质量,半径和年龄测量,模型仍然大多未经验证。双线食双星为绝对测定恒星的质量和半径提供了最直接的途径。在这里,我们报告了SPECULOOS发现的2M1510A,一个附近的,食,双线褐矮星双星,与一个广泛分离的第三褐矮星同伴。我们还发现该系统是$45\pm5$ Myr古老的移动群Argus的一员。该系统的年龄与目前已知的直接成像系外行星的年龄相匹配。2M1510A提供了一个机会,基准的棕矮星和年轻行星的演化模型。我们发现,广泛使用的演化模型确实非常好地再现了双星组件的质量,半径和年龄,但高估了光度高达0.65个星等,这可能导致直接成像的系外行星和年轻的褐矮星的光度质量被低估了20%至35%。
2020-01-23 astro-ph.EP astro-ph.SR
PICASO 3.0: A One-Dimensional Climate Model for Giant Planets and Brown Dwarfs
即将到来的詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)观测将使我们能够非常详细地研究系外行星和褐矮星大气。对这些即将到来的高信噪比观测的物理解释需要系外行星和褐矮星的精确大气模型。虽然在过去的三十年中已经开发了几个一维和三维大气模型,但这些模型通常依赖于化学平衡等简化假设,并且通常不是开源的,这限制了更广泛社区的使用和开发。提出了一个基于Python的一维大气辐射对流平衡模式。该模型继承了基于Fortran的代码(Marley et al.,1996},它已被广泛用于模拟太阳系天体、褐矮星和系外行星的大气。简而言之,原始模型的基本能力是计算物体在辐射-对流平衡状态下的大气状态,给定其有效或内部温度、重力和主星性质(如果相关)。在新的模型中,这已被列入充分利用的代码库PICASO,我们已经添加了这些原始功能,以及自我一贯治疗不平衡化学的新能力。本规范广泛适用于以氢为主的大气(例如,褐矮星和巨行星)。
2022-08-16 astro-ph.EP astro-ph.SR
Colour-magnitude diagrams of transiting Exoplanets - II. A larger sample from photometric distances
颜色-星等图形成了一种传统的方式来呈现宇宙中的发光物体,并将它们相互比较。在这里,我们估计44个凌日系外行星系统的光度距离。七个系统的视差证实了我们的方法。将这些测量结果与行星被其宿主恒星遮蔽时获得的通量相结合,我们组成了近红外和中红外的颜色星等图。在可能的情况下,行星与质量非常低的恒星和褐矮星一起绘制,它们通常具有相似的大小和平衡温度。它们提供了一个自然的、经验的、比较的样本。我们还包括直接成像的系外行星和纯黑体的预期轨迹。被辐射的行星与黑体不匹配;它们的发射光谱并非毫无特征。对于一个给定的光度,热矮星的昼面比棕矮星显示出更大的颜色变化,并且随着内在光度的降低,颜色的多样性也在增加。在4.5 $μ$ m波段内存在额外的吸收剂,这将使外围的热彗星与超冷矮星的大气层相一致。测量温度低于1000 K的气体巨星的辐射将解开行星大气层的行为是否更类似于褐矮星的大气层,而不是黑体,它们是否类似于年轻的直接成像行星,或者辐射的气体巨星是否形成自己的序列。
2014-07-11 astro-ph.EP astro-ph.SR
Lightning and charge processes in brown dwarf and exoplanet atmospheres
对褐矮星大气成分的研究有助于了解它们的形成和演化。同样,对系外行星大气层的研究有望限制其形成和演化状态。我们使用三维模拟,动力学云形成和动力学离子中性化学的结果来研究电离过程,这将影响他们的大气化学:超热彗星的白昼是由原子氢,而不是H $_2$ O。这样的行星大气表现出相当程度的热电离,并且云只在闪电留下化学示踪剂(例如HCN)的夜晚形成,可能足够长的时间可以被检测到。外部辐射可能会导致系外行星被高度电离的H $_3^+$形成气体的外壳所笼罩,并可能出现由天气驱动的极光。棕矮星使我们能够研究电子束在太阳系外的作用,天气系统驱动的极光样化学,以及强磁场对冷大气气体的影响。电子束在褐矮星(例如LSR-J1835)的高层大气中触发H $_3^+$的形成,H可能与它反应形成水合氢,H $_3$ O $^+$,作为一种寿命更长的化学示踪剂。棕矮星和超高温气体巨星可能是寻找H $_3$ O $^+$作为H $_3^+$产物的绝佳候选者。
2019-03-13 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
A New Sedimentation Model for Greater Cloud Diversity in Giant Exoplanets and Brown Dwarfs
观测到的系外行星和褐矮星的大气光谱主要取决于大气冷凝物的存在和分布。Ackerman & Marley(2001)预测凝结粒子垂直分布的方法被广泛用于研究多云大气,最近已在开源Python包virga中实现。该模型依赖于输入参数$f_{\text{sed}}$,即沉降效率,该参数迄今为止一直保持恒定。该模型的相对简单,使其有用的检索研究,由于其快速获得的解决方案。然而,与更复杂的微物理模型,如CARMA的比较突出了两种方法之间的不一致,即virga产生的辐射转移所需的云参数与CARMA产生的云参数不同。为了解决这些差异,我们已经扩展了原来的阿克曼和马利在virga的方法,允许非常数$f_{\text{sed}}$值,特别是那些随海拔高度变化。我们讨论了这样一个参数化和比较云质量混合比产生的virga恒定和可变的$f_{\text{sed}}$配置文件的CARMA。我们发现,变量$f_{\text{sed}}$配方更好地捕捉由CARMA与异相成核产生的配置文件,但执行比较恒定的$f_{\text{sed}}$均匀成核。一般来说,virga有能力处理任何具有显式反导数的$f_{\text{sed}}$,允许大量的替代云轮廓,这些云轮廓是恒定$f_{\text{sed}}$值无法获得的。随之而来的灵活性有可能更好地与日益复杂的模型和观测数据相一致。
2021-10-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
HST Spectral Mapping of L/T Transition Brown Dwarfs Reveals Cloud Thickness Variations
大多数直接成像的巨型系外行星都比具有类似光谱的棕矮星暗。为了解释它们的相对暗度,人们提出了异常多云的大气层。然而,由于任何两个物体之间的多个参数不同,仍然很难在观测上测试这一想法。利用哈勃空间望远镜的时间分辨近红外光谱技术对两颗旋转的L/T转换褐矮星(2 M2139和SIMP 0136)进行了研究。这些观测提供了棕矮星云顶的空间和光谱分辨图。这些数据允许在其他参数不变的情况下研究云结构的变化。我们发现,这两个褐矮星显示相同的性质的变化:J-和H-波段的亮度变化与最小的颜色和光谱的变化。我们的光变曲线模型表明,即使是最简单的表面亮度分布也需要至少三个椭圆形光斑。我们表明,对于每个源的光谱变化可以再现只有两个不同的光谱的线性组合,即整个表面覆盖的两种不同类型的区域。对颜色变化和光谱变化进行建模,揭示了由低亮度、低温厚云和较亮、薄和暖云的空间异质混合组成的斑片状云层。我们发现,在我们不同的褐矮星目标看到相同的厚云补丁,如果扩展到整个光球,预测近红外颜色/大小匹配的直接成像的系外行星,比褐矮星具有类似的光谱型更冷,更少的亮度所占据的范围。这支持了厚云是这些不明亮系外行星的近红外特性的原因的模型。
2013-03-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Prioritizing High-Precision Photometric Monitoring of Exoplanet and Brown Dwarf Companions with JWST -- Strategic Exoplanet Initiatives with HST and JWST White Paper
本文主张利用 JWST 的高稳定性和高对比度星冕成像对系外行星与褐矮星伴星开展高精度测光监测,以探测大气特征、自转周期及多波段大气结构差异,实现亚百分级光变刻画。
2024-05-01 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Let the Great World Spin: Revealing the Stormy, Turbulent Nature of Young Giant Exoplanet Analogs with the Spitzer Space Telescope
我们提出了一个调查的光度变化在年轻的,低质量的棕矮星与斯皮策太空望远镜。我们样本中的23个天体显示出强烈的年轻特征,并与直接成像的系外行星具有相同的属性。我们提出了三个新的年轻天体:2 MASS J 03492367 $+$ 0635078,2 MASS J 09512690 $-$ 8023553和2 MASS J 07180871 $-$ 6415310。我们检测到13个年轻的对象的变化,并发现年轻的棕矮星是非常有可能显示整个L2-T4光谱型范围内的变化。相反,光谱型$>$ L9的场矮变发生率下降。我们研究的变化幅度的年轻的对象,并找到一个增强的最大振幅相比,领域的矮星。我们推测,观测到的幅度范围内的光谱型可能会受到二次效应,如观看倾角和/或旋转周期。我们结合我们的新的旋转周期与文献调查角动量演化的质量的影响。虽然高质量的棕矮星($>30 M_{\mathrm{Jup}}$)会随着时间的推移而旋转,但对于低质量的天体($<30 M_{\mathrm{Jup}}$)来说,同样的趋势并不明显,这可能是由于对旧的低质量天体测量的周期数量很少。伴星棕矮星和行星质量天体的自转周期与年龄和质量相似的孤立天体的自转周期一致,表明它们有着相似的角动量历史。在剑鱼座AB星系群中,我们发现了一个高变率的发生率和共同角动量演化的证据。这些结果对于未来使用詹姆斯韦伯太空望远镜和30米望远镜等设施直接成…
2022-01-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
A new set of atmosphere and evolution models for cool T-Y brown dwarfs and giant exoplanets
我们提出了一套新的太阳金属丰度大气和非常冷的棕矮星和自发光巨型系外行星的演化模型,我们称之为ATMO 2020。大气模型是用我们最先进的一维辐射对流平衡程序ATMO生成的,并用作表面边界条件来计算$0.001-0.075\,\mathrm{M_{\odot}}$对象的内部结构和演变。我们的模型包括几个关键的改进,在以前的模型中使用的输入物理在文献中。最值得注意的是,使用一个新的氢-氦状态方程,包括从头计算量子分子动力学计算,提高了质量的$\sim1-2\%$在恒星亚恒星边界,并改变了冷却轨道周围的氢和氘燃烧的最小质量。第二个关键的改进涉及我们的大气模型ATMO中更新的分子不透明度,它现在包含了更多的线过渡,需要准确地捕捉这些热大气中的不透明度。这导致大气温度结构变暖,进一步改变了冷却曲线和亚恒星物体的预测发射光谱。我们提出了显着的改进碰撞增宽钾共振双峰的治疗,并强调这些线在塑造红光学和近红外光谱的棕矮星的重要性。我们生成三个不同的网格模型模拟,一个使用平衡化学和两个使用非平衡化学由于垂直混合,所有三个计算自洽与大气的压力-温度结构。我们展示了垂直混合对发射光谱和颜色星等图的影响,突出了$3.5-5.5\,\mathrm{μm}$通量窗口如何可用于校准冷T-Y光谱类型对象中的垂直混合。
2020-03-30 astro-ph.EP astro-ph.SR
EXOPLINES: Molecular Absorption Cross-Section Database for Brown Dwarf and Giant Exoplanet Atmospheres
恒星、亚恒星和行星大气模型都对输入不透明度高度敏感。各种最先进的恒星/行星模型之间的世代差异主要是因为不完整和过时的原子/分子线列表。在这里,我们提出了一个数据库的预先计算的吸收截面的所有同位素的关键大气分子相关的晚型恒星,棕矮星,和行星大气:MgH,AlH,CaH,TiH,CrH,FeH,SiO,TiO,VO和H2O。计算的不透明度的压力和温度范围在10 $^{-6}$-3000巴和75- 4000 K之间,在可能的情况下,它们的光谱范围在0.25-$μ$ m之间。对于没有压力加宽数据的情况,我们使用碰撞理论来弥合差距。我们还探讨了在超热木星和M-矮星大气的背景下,从不同的线列表计算的吸收截面的影响。使用1-D自洽的辐射-对流热化学平衡模型,我们报告显着的变化,在理论光谱和温度分布的亚恒星大气。与2000 K代表性的超热木星,我们报告的变化高达320和80 ppm的透射和热发射光谱,分别。对于一个3000 K的M-矮星,我们发现的差异高达125 $\%$的光谱。我们发现,最显着的差异出现由于TiO线列表的选择,主要低于1 $μ$ m。总之,我们提出了(1)一个预先计算的分子吸收截面数据库,(2)量化由于线列表差异而在表征亚恒星/系外行星大气时出现的偏差,因此突出了正确和完整的不透明度对于最终应用于高精度光谱学和光度学的重要性。
2021-04-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
Mineral snowflakes on exoplanets and brown dwarfs: Effects of micro-porosity, size distributions, and particle shape
系外行星大气特征已成为研究系外行星形成、演化的重要工具。然而,云仍然是表征的一个关键挑战:即将到来的空间望远镜(如JWST,ARIEL)和地面高分辨率光谱仪(如CRIRES+)将产生需要详细了解云形成和云效应的数据。我们的目标是了解云颗粒的微孔性如何影响云的结构,颗粒大小和物质成分。我们研究了微孔粒子的光谱效应,粒子大小分布,和非球形云粒子。我们扩展了我们的动力学非平衡云形成模型,并使用规定的1D(T_gas-p_gas)DRIFT-PHOENIX配置文件的网格。我们应用有效介质理论和米氏理论来模拟云粒子的光谱特性与微孔隙度和派生的粒径分布。我们使用空心球的统计分布来表示非球形云粒子的影响。高度微孔的云颗粒(90%真空)具有更大的表面积,能够在大气中比致密颗粒更高的地方有效地生长。这些矿物雪花的单次散射和横截面积的增加导致云层仅在波长约为100 ${\rm μm}$时变得光学薄,而不是在约为20 ${\rm μm}$时变得光学薄。当云粒子出现局部变化的高斯尺寸分布时,也可以看到云粒子的显著增强。非球形颗粒增加了硅酸盐光谱特征的不透明度,这进一步增加了云变得光学薄的波长。JWST MIRI将根据云的光学薄波长对微孔和非球形云粒子的特征敏感。
2020-04-28 astro-ph.EP astro-ph.SR
Revealing Short-period Exoplanets and Brown Dwarfs in the Galactic Bulge using the Microlensing Xallarap Effect with the \textit{Nancy Grace Roman Space Telescope}
\textit{Nancy Grace Roman Space Telescope}(\textit{ Roman})将提供大量的微透镜光变曲线,其测光精度比正在进行的地面观测高得多。这样的光变曲线将使我们能够观察到以前难以检测的高阶微透镜效应。在本文中,我们研究了\textit{Roman}利用源星的轨道运动,即所谓的xallarap效应,探测和表征源系统中短周期行星和棕矮星(BD)的潜力。我们分析估计xallarap参数的测量不确定度使用Fisher矩阵分析。我们表明,\textit{Roman}银河系外行星巡天(RGES)可以检测到温暖的彗星质量下降到0.5 $M_{\rm Jup}$和轨道周期为30天,通过xallarap效应。假设由\citet{Cumming+2008}得到的行星频率函数,我们发现在微透镜巡天中,\textit{Roman}将探测到$\sim10$热、暖彗星和$\sim30$近距离黑洞。这些探测很可能伴随着对伴星质量和轨道要素的测量,这将有助于研究银河系凸起中近距离行星和BD种群的物理特性。
2020-12-02 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Cloud Formation and Dynamics in Cool Dwarf and Hot Exoplanetary Atmospheres
质量最低的恒星、褐矮星和太阳系外行星为理解低温大气中的动力学和云形成过程带来了挑战和机遇。对于棕矮星,L-和T-型矮星光球云的形成,变化和快速耗尽,以及与垂直混合相关的非平衡化学的光谱证据,都指向动力学在垂直丰度分布和云/颗粒形成周期中的基本作用。对于系外行星,方位角的热量变化以及平流层和系外大气层的探测表明,存在着多层的、不对称的大气层,这些大气层也可能是随时间变化的(特别是对于具有高度椭圆轨道的系统)。尘埃和云也可能通过热效应在系外行星的热能平衡中发挥重要作用。对于所有这些情况,三维大气模型正在成为了解光谱和时间特性的一个越来越重要的工具。在这篇评论中,我总结了在冷矮和热系外行星大气中的云和动力学的观测证据,与这些过程相关的突出问题,以及可以实现有效协同的领域。
2009-10-12 astro-ph.EP astro-ph.SR
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
我们提出了最佳的调查策略,即将到来的NIX成像仪,ERIS仪器的一部分,安装在甚大望远镜(VLT)。我们将使用定制的2.2微米K峰滤波器来优化未来大规模直接成像调查的效率,旨在探测附近恒星周围的棕矮星和巨行星。我们使用以前的大规模成像调查(主要是SPHERE SHINE和Gemini GPIES)的结果来告知我们对目标的选择,以及改善行星人口分布。我们提出了四种可能的方法来优化调查目标列表,以获得最高的检测收益:i)针对具有异常自行趋势的物体,ii)对SPHERE SHINE和Gemini GPIES的密集场进行后续调查iii)调查附近的恒星形成区域和iv)针对附近年轻移动群体的新发现成员。我们还比较了NIX与其他最先进的直接成像仪器的预测性能。
2022-06-28 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
ExoGemS Detection of a Metal Hydride in an Exoplanet Atmosphere
本研究利用GRACES/Gemini North与UVES/VLT高分辨率透射光谱,以5.6σ置信度确认热木星WASP-31b大气中存在CrH,实现系外行星大气金属氢化物的首次高分辨率探测。
2023-07-12 astro-ph.EP
Direct imaging of an ultracool substellar companion to the exoplanet host star HD 4113A
使用VLT的SPHERE仪器的高对比度成像,我们报告了系外行星宿主恒星HD 4113 A的冷棕矮星伴侣的第一张图像。棕矮星HD 4113 C是一个复杂动力系统的一部分,该系统由一颗巨行星、恒星宿主和一颗已知的宽M矮星伴星组成。其$535\pm3$质量的分离和$13.35\pm0.10$质量的H带对比度对应于22 AU的预计分离和基于COND模型的$36\pm5$ M $_J$的等时质量估计。该伴星具有较强的甲烷吸收能力,通过大气模式拟合,估计其表面重力为$\log g$ =5,有效温度约为500- 600 K。将它的光谱与观测到的T型矮星进行比较,表明它属于晚T型光谱型,其中T9天体提供了最佳匹配。通过将观测到的天体测量数据与27年的径向速度相结合,我们使用轨道拟合来约束其轨道和物理参数,并更新先前径向速度测量发现的行星HD 4113 Ab的参数。这些数据表明,动力学质量的$66\pm5$ M $_J$和中等偏心率的$0.44\pm0.08$的褐矮星。这一质量估计似乎与等时线估计和类似天体的质量估计相冲突,这可能是由于新探测到的天体是一个尚未解决的褐矮星系统或系统中存在其他天体。通过动力学模拟,我们发现这颗行星可能经历了强烈的Lidov-Kozai周期,这提高了它在准圆形轨道上形成的可能性,并通过与褐矮星的相互作用获得了目前观察到的高偏心率。结合径向速度,直接成像和盖亚天体测量的后…
2017-12-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
A Search for Variability in Exoplanet Analogues and Low-Gravity Brown Dwarfs
我们报告了使用新技术望远镜(NTT)和英国红外望远镜(UKIRT)对年轻低重力物体样本进行的$J$波段光度变化调查的结果。表面重力是褐矮星大气特性的一个关键参数,这是第一次旨在测试变率特性与重力相关性的大型调查。我们做了一个全面的分析的光谱特征的青年和评估组成员的概率,每个目标使用的成员工具,从文献中。这导致了30个年轻的低重力棕矮星的物体样本。由于我们缺乏光谱类型晚于L9的天体,我们将统计分析集中在L0-L8.5天体上。我们发现本次巡天L0-L8.5低重力棕矮星的变率为$30^{+16}_{-8}\%$。我们重新分析了Radigan 2014的结果,发现光谱类型为L0-L8.5的场矮星的变率为$11^{+13}_{-4}\%$。我们确定从不同分布中抽取样本的概率为$98\%$。这是第一次从数量上表明,低重力物体比场矮星群更可能是可变的。此外,我们提出了后续的$J_S$和$K_S$观测的年轻,行星质量可变对象PSO 318.5-22在连续三个晚上。我们没有发现$J_S$和$K_S$带之间相移的证据,并发现更高的$J_S$振幅。我们使用$J_S$光变曲线测量PSO 318.5-22的旋转周期为$8.45\pm0.05~$ hr。
2018-11-20 astro-ph.EP astro-ph.SR
Tempawral: A Time-Resolved Retrieval Framework for Variable Brown Dwarfs and Exoplanets
University of Hertfordshire(赫特福德大学);University of Sheffield(谢菲尔德大学);Université de Montréal(蒙特利尔大学);National Astronomical Observatory of Japan(日本国立天文台);SOKENDAI(综合研究大学院大学);American Museum of Natural History(美国自然历史博物馆);The Graduate Center City University of New York(纽约市立大学研究生中心);Trinity College Dublin, The University of Dublin(都柏林三一学院,都柏林大学)
Tempawral 是一种用于变星褐矮星和系外行星的时间分辨大气检索框架,通过特征谱倒置技术定量分析大气参数变化,揭示大气动态过程。
2026-02-22 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
PICASO 4.0: Clouds and Photochemistry in Climate Models of Brown Dwarfs and Exoplanets
University of Texas at Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校);NASA Ames Research Center(美国国家航空航天局艾姆斯研究中心);SETI Institute(搜寻地外文明研究所);Arizona State University(亚利桑那州立大学);Dordt University(多尔特大学);Space Science Institute(空间科学研究所);University of Arizona(亚利桑那大学);University of California Santa Cruz(加州大学圣克鲁兹分校);University of St Andrews(圣安德鲁斯大学);University of Bristol(布里斯托大学);Carnegie Institution for Science(卡内基科学机构);California Institute of Technology(加州理工学院)
PICASO 4.0通过整合Virga进行自洽云模型、改进挥发性物种的雨出和冷 trapping 处理以及支持光化学,扩展了气候模型的模拟能力,以应对近期JWST观测揭示的非平衡化学和云现象。
2026-03-17 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Discovery of a young low-mass brown dwarf transiting a fast-rotating F-type star by the Galactic Plane eXoplanet (GPX) survey
我们宣布发现了GPX-1 b,这是一颗质量为$19.7\pm 1.6$ $M_{\mathrm{Jup}}$、半径为$1.47\pm0.10$ $R_{\mathrm{Jup}}$的凌日褐矮星,是银河系平面eXoplanet(GPX)巡天发现的第一颗亚恒星天体。这颗褐矮星经过一颗中等亮度($V$ = 12.3等)的快速旋转F型恒星,其投影旋转速度为$v\sin{ i_*}=40\pm10$ km/s。我们使用等时线定位算法来描述宿主星,它具有有效温度$7000\pm200$ K,质量$1.68\pm0.10$ $M_{\mathrm{Sun}}$,半径$1.56\pm0.10$ $R_{\mathrm{Sun}}$和近似年龄$0.27_{-0.15}^{+0.09}$ Gyr。GPX-1 b的轨道周期为$\sim$ 1.75 d,过境深度为$0.90\pm0.03$ %。我们描述了GPX过境检测观测,随后的光度和斑点干涉后续观测,和SOPHIE光谱测量,这使我们能够建立一个亚恒星物体周围的主恒星的存在。GPX-1在18区的TESS在30分钟的积分中被观测到,但数据受到42角秒外一颗3.4等更亮的恒星的影响。GPX-1 b是迄今已知的大约24颗凌日棕矮星之一,其质量接近理论上的棕矮星/气体巨行星质量过渡边界。由于GPX-1是一颗中等亮度和快速旋转的恒星,因此可以通过多普勒层析成像对其…
2021-05-25 astro-ph.EP astro-ph.SR
Lightning climatology of exoplanets and brown dwarfs guided by Solar System data
云形成于太阳系外行星和褐矮星上,那里可能发生闪电。闪电是太阳系大气对流、云形成和电离过程的示踪物,可能对生命前分子的形成具有重要意义。我们研究地球、金星、木星和土星不同大气环境的闪电气候学。我们目前的闪电分布图地球,木星和土星,和闪光密度为这些行星和金星,基于光学和/或无线电测量从WWLLN和STARNET无线电网络,LIS/OTD卫星仪器,伽利略,卡西尼,新地平线和金星快车航天器。我们还提出了两个火山爆发,埃亚菲亚德拉火山(2010年)和Mt Redoubt的(2009年)的几个阶段计算的闪光密度。我们估计样品,过境和直接成像的太阳系外行星和褐矮星的闪电率。根据系外行星种类繁多的特点,我们提出了六类利用太阳系闪电发生信息的系外行星。我们研究地球,木星和土星的闪电能量分布。我们讨论如何强大的恒星活动可能支持闪电活动。我们提供了一个较低的闪光总数,可能会发生在过境行星在其完全过境输入为未来的研究。我们发现火山非常活跃的行星可能会显示出最大的闪电密度。应用2010/11年土星大风暴的闪电密度,我们发现系外行星HD 189733 b即使在短暂的凌日期间也会产生高闪电发生率。
2016-07-14 astro-ph.EP astro-ph.SR physics.ao-ph
The VLT/NaCo Large program to probe the occurrence of exoplanets and brown dwarfs in wide orbits: I- Sample definition and characterization
年轻的邻近恒星是使用直接成像技术搜索行星的理想目标。恒星参数的确定是至关重要的成像调查结果的解释,特别是因为星下物体的光度有很强的依赖系统的年龄。我们已经在VLT进行了一个大型的NaCo计划,以便在86颗恒星周围的宽轨道上寻找行星和褐矮星。在文献中,用NaCo观察到的大部分靶点研究得很差。我们进行了一项研究,以表征我们样本中恒星的基本属性(年龄,距离,质量)。为了提高目标年龄的确定,我们编译和分析了一套完整的年龄诊断。我们测量光谱参数和年龄诊断使用专门的观测获得的FEROS和CORALIE光谱仪在拉西拉天文台。我们还广泛使用了档案光谱数据和文献中的结果。此外,我们还利用ASAS和Super-WASP档案中的光度时间序列,推导出我们大部分计划恒星的旋转周期。我们提供了VLT NaCo大型计划中观察到的所有目标的最新特征,该计划旨在探测宽轨道上系外行星和褐矮星的发生。我们的节目明星的中位数距离和年龄分别为64 pc和1亿年。几乎所有恒星的质量都在0.70到1.50太阳之间,中值为1.01 Msun。典型的金属丰度接近太阳,分散度小于径向速度调查中通常观察到的样本。有几颗恒星被证实或被认为是附近年轻运动星系团的成员。八个光谱联星被确定。
2014-05-07 astro-ph.EP astro-ph.SR
Effectively Calculating Gaseous Absorption in Radiative Transfer Models of Exoplanetary and Brown Dwarf Atmospheres
复杂的大气反演算法,如嵌套采样,通过迭代数百万的辐射转移(RT)计算来探索大的参数空间。检索参数的概率分布函数对RT正演模型中的假设高度敏感。RT模型之间的一个关键区别是整个大气中气体吸收的计算。我们比较两种方法计算气体吸收,截面和相关的$k$,通过检查他们得到的光谱的一些典型的\ce{H2} -他为主的系外行星和褐矮星大气。我们还考虑了包括\ce{H2} -He压力增宽在这些例子中的一些的影响。我们使用NEMESIS来计算前向模型。我们的$k$表通过与在线提供的ExoMol横截面和逐线计算进行比较来验证。对于典型的分辨率($Δν= 1$ cm $^{-1}$)的测试情况下,我们表明,截面法高估了大气中存在的吸收量,应谨慎使用。对于混合气体的气氛中的光谱形态的变化,产生'鬼'的功能。这两种方法产生的通量差异高达几个数量级。谱线的压力增宽的增加增加了通量的额外数量级的变化。这些效应在褐矮星和二次日食几何中更为明显。我们注意到,相关- $k$可以产生类似的结果非常高分辨率的横截面,但计算成本低得多。我们的结论是,不准确的使用截面和遗漏的压力加宽可能是错误的关键来源建模的棕矮星和系外行星的大气。
2019-03-10 astro-ph.EP
A Statistical Analysis of SEEDS and Other High-Contrast Exoplanet Surveys: Massive Planets or Low-Mass Brown Dwarfs?
我们对直接成像数据的组合样本进行统计分析,总计近250颗恒星。这些恒星涵盖了广泛的年龄和光谱类型,并包括五个探测到的恒星($κ$ And b、昂宿星中的两颗$\sim$ 60 M $_{\rm J}$棕矮星伴星、PZ Tel B和CD $-$ 35 2722 B)。对于一些分析,我们添加了一组目前未发表的SEEDS观测,包括GJ 504 b和GJ 758 B的检测。我们进行了统一的,贝叶斯分析所有恒星年龄的运动学移动组和活动/旋转年龄指标的成员。然后,我们提出了一个新的统计方法计算的可能性的亚恒星分布函数。通过执行大多数的积分分析,我们实现了一个巨大的加速比蛮力蒙特卡罗。我们使用这种方法来放置的最大半长轴的分布函数的径向速度行星,发现模型依赖的值$\sim$ 30- 100 AU。最后,我们对整个亚恒星样本进行建模,从大质量的棕矮星到理论上激励的$\sim$ 5 M $_{\rm Jup}$截止,具有单一的幂律分布。我们发现$p(M, a) \propto M^{-0.65\pm0.60} a^{-0.85\pm0.39}$(1个$σ$误差)对我们的数据提供了一个足够的拟合,在10 ~ 100 AU之间有1.0--3.1\%(68\%置信度)的恒星拥有5--70个$M_{\rm Jup}$伴星。这表明,许多已知的直接成像的系外行星,包括我们样本中的大多数(如果不是全部)低质量同伴,…
2014-09-25 astro-ph.EP astro-ph.SR
ROME IV. The Arecibo Search for Substellar Magnetospheric Radio Emissions in Purported Exoplanet-Hosting Systems at 5 GHz
本文报道了ROME系列第四项研究:利用阿雷西博望远镜在5 GHz对九个邻近系外行星、褐矮星或低质量恒星伴星系统进行迄今最高灵敏度的磁层射电辐射搜寻,虽未获探测,但首次覆盖Y型褐矮星并采集了完整斯托克斯参数。
2024-04-30 astro-ph.EP astro-ph.SR