The GTC exoplanet transit spectroscopy survey II: An overly-large Rayleigh-like feature for exoplanet TrES-3b
我们开始使用OSIRIS@GTC观测到的覆盖530至950 nm波长范围的地基透射光谱，从TrES-3b的大气中搜索瑞利散射和K和Na吸收特征。我们的分析是基于贝叶斯方法，其中的光变曲线，覆盖了一组给定的通带配合联合凤凰计算的恒星临边暗化配置文件。进行分析，假设白色和红色-时间相关-噪声，两种方法（高斯过程和除以白），以考虑到红色噪声。初步分析揭示了一个传输光谱，显示出强大的瑞利样增加消光对光谱的蓝色端，并增强消光附近的K I共振双峰767 nm。然而，信号幅度明显大于理论上的预期。详细的分析表明，K I样功能完全是由于在大地O $_2$吸收的变化，但瑞利样功能仍然无法解释。
2015-10-16 astro-ph.EP
Exoplanets: Gaia and the importance of ground based spectroscopy follow-up
对太阳系外行星的研究发展迅速，今天已经发现了1700多颗绕恒星运行的行星。感谢盖亚，我们将收集数千个新的低质量天体的高精度天体测量轨道，如太阳系外行星和褐矮星。这些测量与光谱学以及现在和未来的太阳系外行星搜索计划（如HARPS，ESTERO）相结合，将对行星天体物理学的几个方面（形成理论，动力学演化等）做出至关重要的贡献。此外，盖亚将在恒星化学和运动学特征研究方面做出巨大贡献。在本文中，我们提出了一个简短的概述盖亚在系外行星研究的背景下的重要性。作为盖亚的准备工作，我们将提出一项研究，我们推导出恒星参数的场巨星的样本。
2015-02-03 astro-ph.EP
Large Interferometer For Exoplanets (LIFE): II. Signal simulation, signal extraction and fundamental exoplanet parameters from single epoch observations
大型系外行星干涉仪（LIFE）计划正在为一项雄心勃勃的太空任务开发科学和技术路线图，该任务具有天基中红外（MIR）调零干涉仪，以检测数百颗系外行星的热发射并表征其大气层。为了量化这种飞行任务的科学潜力，特别是在技术权衡方面，需要一个仪器模拟器。此外，还需要信号提取算法来验证系外行星的属性（例如，角距、光谱通量）可以准确地检索。我们提出了LIFEsim，一个软件工具开发的模拟观测的系外行星系统与和平号空间为基础的调零干涉仪。它包括天体物理噪声源（即，恒星泄漏和来自本地黄道和黄道外尘埃的热发射），并提供了灵活性，以包括仪器噪声条款在未来。LIFEsim提供了一种可访问的方法，用于预测未来观测的预期SNR，作为各种关键仪器和目标参数的函数。提取的光谱的信噪比是光子噪声为主，从我们目前的模拟预期。从我们的模拟调查的小（$R < 1.5 R_\mathrm{Earth}$）行星在其恒星的宜居带内运行的单历元观测，我们发现，典型的不确定性估计的有效温度的系外行星是$\lesssim$ 10%，为系外行星半径$\lesssim$ 20%，并从主恒星分离$\lesssim$ 2%。在信号提取过程中获得的SNR值偏离纯光子计数统计的SNR小于10%。（节略）
2022-03-02 astro-ph.EP astro-ph.IM
Effect of Centrifugal Force on Transmission Spectroscopy of Exoplanet Atmospheres
本研究探讨了行星旋转离心力对透射光谱反演的影响，发现忽略该效应会导致低重力近距行星（如WASP-19 b）的气体丰度反演结果出现显著偏差，建议未来高精度光谱分析考虑此校正。
2023-05-15 astro-ph.EP
High-Resolution Transmission Spectroscopy of the Terrestrial Exoplanet GJ 486b
绕M矮星运行的类地系外行星是利用现有或不久的将来的仪器进行透射光谱学的有希望的目标。这些岩石行星的大气成分仍然是一个悬而未决的问题，特别是考虑到来自其宿主M矮星的高X射线和紫外线通量可以驱动大气逃逸。1.3 $R_\oplus$系外行星GJ 486 b（$T_{\rm{eq}} \sim$ 700 K），绕着一颗M3.5恒星运行，预计在已知的类地系外行星中具有最强的透射光谱信号。我们使用三台不同的高分辨率光谱仪观测了GJ 486 b的三次凌日：斯巴鲁望远镜上的IRD，双子座南望远镜上的IGRINS和加拿大-法国-夏威夷望远镜上的SPIRou。我们通过互相关方法从各种各样的分子物种中搜索大气吸收，但没有检测到任何稳健的大气信号。尽管如此，我们的观测是足够敏感的，以排除几个明确的大气场景通过注入和恢复测试，并扩展到陆地制度的比较系外行星学。我们的研究结果表明，GJ 486 b没有一个明确的H $_2$ /He为主的大气，也没有一个明确的100%的水汽大气。其他具有高平均分子量或H $_2$ /He为主的大气层的二次大气层与云仍然是可能的。我们的发现提供了进一步的证据，表明绕M矮星运行的类地行星可能会经历显著的大气损失。
2023-03-20 astro-ph.EP
PACOME: Optimal multi-epoch combination of direct imaging observations for joint exoplanet detection and orbit estimation
本文提出 PACOME 算法，通过多历元联合建模开普勒轨道运动来叠加微弱信号，将单历元 PACO 最大似然框架扩展为多历元组合，显著提升直接成像系外行星探测灵敏度并支持轨道估计。
2023-09-15 astro-ph.EP astro-ph.IM
Scientific Return of Coronagraphic Exoplanet Imaging and Spectroscopy Using WFIRST
在这项研究中，我们探索和审查的科学潜力，系外行星特征的高对比度光学日冕WFIRST/AFTA。我们认为，异质性的光谱和行星/恒星通量比作为轨道距离，行星质量和组成的函数，预计巨大的系外行星的分离，从他们的原色访问WFIRST将提供独特的约束巨行星的大气，演化，气溶胶和云的属性，和一般的理论。这样的系外行星不仅仅是木星和土星的外推，而且很可能拥有丰富的各种行为。对太阳系附近各种各样的巨型系外行星的光谱、光度学和偏振测量，每一个本身和联合起来，都有可能揭示它们的气体巨行星化学、大气和形成的许多基本特征。这样的活动将丰富我们对这类行星的理解，甚至超过对我们自己的太阳系中的巨人进行详细探索的可能性，并将补充正在进行的红外线和日冕仪无法到达的近距离轨道上的系外行星研究。
2014-12-18 astro-ph.EP
Recovering the colour-dependent albedo of exoplanets with high-resolution spectroscopy: from ESPRESSO to the ELT
描述行星大气是一项艰巨的任务，将现有的观测设施推向了极限。安装在大型望远镜上的下一代高分辨率光谱仪-如ESTERO@VLT和HIRES@ELT-将使我们能够比目前更详细地探测和表征系外行星大气。我们提出了一种方法，允许从高分辨率光谱观测恢复系外行星的颜色依赖的反射率。确定波长依赖的反射率将提供对系外行星大气的化学性质和天气的洞察。在这项工作中，我们模拟了ESTO@VLT和HIRES@ELT高分辨率观测已知的行星系与几个不同的配置。我们演示了如何应用于这些模拟观测的互相关技术可以用来成功地恢复在一定波长范围内的系外行星的几何形状。在所有情况下，我们都能够恢复模拟系外行星的波长依赖性散射，并区分代表不同大气配置的几种大气模型。简而言之，我们证明了互相关技术允许从光学观测中恢复系外行星反射函数，下一代高分辨率光谱仪将安装在具有合理曝光时间的大型望远镜上。它的恢复将允许从组成和动力学方面描述系外行星大气的特征，并巩固互相关技术作为系外行星特征描述的有力工具。
2018-08-03 astro-ph.EP
A survey of sodium absorption in ten giant exoplanets with high-resolution transmission spectroscopy
碱金属钠（Na）是巨大系外行星上层大气中最常见的化学物质之一。在这项工作中，我们进行了一个均匀的调查，钠在不同的样品中的10个高度辐射的巨型系外行星使用高分辨率透射光谱。我们的样本包括9颗行星，之前有Na探测到，还有一颗新探测到。我们确认以前的检测，并评估多种方法从高分辨率的透射光谱获得钠线属性。均匀测量的钠线深度被用来约束大气高度（$H_{\text{Na}}$）相对于行星半径（$R_{\text{p}}$）。我们评估的经验趋势描述的相对大气高度（$H_{\text{Na}}/R_{\text{p}}$）作为行星平衡温度（$T_{\text{eq}}$）和表面重力（$g$）的函数，其中$H_{\text{Na}}/R_{\text{p}}$下降指数与$ξ\propto gT_{\text{eq}}$，接近一个常数在大$ξ$。我们还报告了整个样品中的钠D2/D1线比，并发现7个目标的线比与1一致。最后，我们测量净蓝移偏移的钠吸收线从他们的休息帧波长的所有十个行星，对应的昼夜风速为几公里秒$^{-1}$。这表明，广泛的系外行星样本具有共同的控制大气动力学的潜在过程。我们的研究突出了一个有希望的途径，使用高分辨率透射光谱学来进一步了解大气特性如何在不同的系外行星样本中变化。
2022-07-04 astro-ph.EP
Disentangling degenerate solutions from primary transit and secondary eclipse spectroscopy of exoplanets
从主凌日和次日食测量记录的系外行星的红外透射和发射光谱表明，在少数系外行星中存在最丰富的碳和氧分子物种（H2O，CH 4，CO和CO2）。然而，将分子丰度限制在几个数量级内的努力受到了适合数据的广泛简并解的阻碍。在这里，我们探索，与辐射转移模型和解析近似，退化的解决方案集的性质所造成的稀疏测量的“热木星”系外行星。如用简单的解析表达式所示，初级凌日测量在每个波段探测大约4个大气尺度高度。从这些数据中导出的混合比对行星半径的误差（在参考压力下）非常敏感，大约为百分之几。例如，一个1000 K和H2的系外行星的半径与木星的半径和质量的不确定性为1%，导致衍生气体混合比的不确定性为100-10000。灵敏度的大小取决于谱线强度如何随光学深度（即增长曲线）和大气尺度高度而增加。初级过境数据的解决方案中的温度简并，这表明他们的影响，通过尺度高度和吸收系数，是较小的。我们认为，这些挑战可以部分克服的光学和红外测量的选定波长采样的组合，并在可能的情况下，过境和二次日食数据的系外行星的联合分析。
2013-12-14 astro-ph.EP
A new method to correct for host star variability in multi-epoch observations of exoplanet transmission spectra
由于恒星光球层的不均匀性，围绕活跃恒星运行的系外行星的透射光谱会受到波长依赖效应的影响。WASP-19 b是一颗超热木星（T $_{eq}$ $\sim$ 2100 K），是一颗这样的强烈辐射气体巨星，围绕着一颗活跃的太阳型恒星运行。我们目前的光学（520-900 nm）透射光谱的WASP-19 b获得八个时代使用双子座多目标光谱仪（GMOS）的双子座南望远镜。我们应用我们最近开发的高斯过程回归为基础的方法来模拟过境光曲线系统学，并提取在每个时代的透射光谱。我们发现，WASP-19 b的透射光谱的影响，在个别时期的恒星变化。我们报告的相对斜率和偏移量的频谱在所有时期之间观察到的关系。这种关系与前向传输模型的预测是一致的，前向传输模型解释了先前为WASP-19测量的未被遮蔽的恒星斑点和光斑的影响。我们引入了一种新的方法来纠正这种恒星的变化效应，在每个时代通过使用所观察到的相关性之间的传输光谱斜率和偏移。我们比较我们的恒星变异校正GMOS传输光谱与以前的矛盾MOS测量WASP-19 b，并试图调和它们。我们还测量了WASP-19的TESS测光宽带恒星变率的幅度和时间尺度，我们发现这与GMOS光谱和地基宽带测光长期监测中观察到的效果是一致的。我们的研究结果最终警告结合多历元光学传输光谱的系外行星绕活跃的恒星之前，纠正每个时代的恒星变异。
2022-07-04 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Detecting volcanically produced tori along orbits of exoplanets using UV spectroscopy
我们建议使用哈勃太空望远镜（HST）的后续观测的TESS目标检测可能的等离子体环面沿系外行星的轨道绕M矮星。环形的来源可能是由于潮汐或电磁感应加热引起的行星火山活动。围绕这些活跃恒星运行的行星快速流失到太空中，会导致流失的物质沿着行星轨道形成一个环面，类似于木卫一等离子体环面。我们表明，这样的环面将是潜在的HST在紫外线检测。
2019-07-11 astro-ph.EP
High-resolution transmission spectroscopy of four hot inflated gas giant exoplanets
透射光谱技术使我们能够限制过境系外行星大气的化学成分。它依赖于非常高的信噪比光谱（或分光光度计）观测，因此最适合明亮的系外行星宿主恒星。在TESS，NGST和PLATO时代，越来越多的合适的目标被发现，即使是中型望远镜。此外，大量的档案数据可以成为长期监测外大气层的基础。我们分析了四颗宿主恒星的档案HARPS光谱时间序列，即WASP-76 b，WASP-127 b，WASP-166 b和KELT-11 b，寻找钠（钠双峰），氢（H $α$，H $β$）和锂（670.8 nm）的痕迹。档案数据集包括在过境期间拍摄的光谱时间序列。通过比较凌日内和凌日外的光谱，我们可以过滤出恒星谱线，并研究来自行星的吸收。同时，利用Mg I和Ca I谱线监测恒星活动。我们在7-9 $σ$水平上独立检测到WASP-76 b大气中的钠。此外，我们还报告了在4-8 $σ$显著性水平下检测到WASP-127 b大气中的钠，证实了基于低分辨率光谱的早期结果。数据显示，WASP-166 b和KELT-11 b没有钠或任何其他原子的高置信水平，暗示存在厚厚的高云。
2019-07-19 astro-ph.EP
Giant Outer Transiting Exoplanet Mass (GOT 'EM) Survey. IV. Long-term Doppler Spectroscopy for 11 Stars Thought to Host Cool Giant Exoplanets
针对凌星法灵敏度外边缘的冷巨型系外行星，本研究通过11个系统的长期多普勒光谱与凌星测光联合建模，对多颗长周期行星进行了精确质量测量或设定质量上限，并发现部分“已确认”行星并非行星。
2024-01-05 astro-ph.EP
Transmission spectroscopy with VLT FORS2: a featureless spectrum for the low-density transiting exoplanet WASP-88b
我们提出了基于地面的光学透射光谱的低密度热木星WASP-88 b覆盖波长范围4413-8333 nm的甚大望远镜上的FORS 2摄谱仪。FORS 2白光曲线表现出显着的时间相关的噪声，我们使用高斯过程模型，并删除作为一个波长无关的组件从光谱光曲线。我们分析补充光度观测凌日系外行星调查卫星和完善的系统属性和星历。我们发现了一个无特征的透射光谱，对较短波长的吸收增加。我们进行了大气检索分析与AURA代码，找到初步的证据，在高层大气中的阴霾和较低的可能性，一个密集的云甲板。虽然我们的检索分析结果指向云和霾，但需要进一步的证据来明确拒绝晴空情景。
2021-06-28 astro-ph.EP
Exoplanet Reflected Light Spectroscopy with PICASO
在这里，我们提出了第一个开源的辐射转移模型，用于计算在任何相位几何的系外行星的反射光，称为PICASO：大气散射观测的行星强度代码。此代码用Python编写，继承了数十年前著名的Fortran模型，该模型用于对太阳系及以外的行星物体进行多项研究。我们已经采用了它，包括几种方法来计算直接和漫散射相函数，并增加了几个更新，包括计算拉曼散射光谱特征的能力。在这里，我们基准PICASO对两个独立的代码和讨论的程度，该模型是敏感的用户的规格为各种相位功能。然后，我们在温度，云廓线，信噪比和分辨率的广泛参数空间进行了全面的信息内容的模式研究。
2019-05-21 astro-ph.EP
Windows Into Other Worlds: Pitfalls in the physical interpretation of exoplanet atmospheric spectroscopy
该研究针对系外行星大气光谱物理解释中的三个常见认知误区展开探讨，明确了光谱在大气成分、云层判定等方面的局限，并探讨了遥感在系外生命搜寻中的应用价值。
2024-06-21 astro-ph.EP astro-ph.IM
A differential Least Squares Deconvolution method for high precision spectroscopy of stars and exoplanets I. Application to obliquity measurements of HARPS observations of HD189733b
对恒星光谱线轮廓及其随时间变化的高精度测量包含了关于恒星光球（恒星活动）物理学的非常有价值的信息，并且可以通过罗斯特-麦克劳克林效应或来自行星的反射光来表征太阳系外行星。在本文中，我们提出了一种新的方法来测量微小的变化，在平均线轮廓的光谱进行我们所谓的微分最小二乘反卷积（dLSD）。该方法包括在寻找卷积函数（或内核）需要转换成每个观察到的光谱的恒星的高信噪比模板。与类似的技术相比，这里提出的方法不需要对模板谱进行任何假设（例如，不需要行列表或互相关掩码）。我们表明，我们的实施dLSD是能够执行-至少-作为其他技术一样好，通过将其应用到恒星行星的行星的行星度测量系外行星HD 183799在其过境。除此之外，该方法应该能够独立于模型检测由系外行星反射的光。
2017-08-08 astro-ph.EP
Robustness Measures for Molecular Detections using High-Resolution Transmission Spectroscopy of Exoplanets
本文研究系外行星高分辨率透射光谱中PCA去趋势优化度量的稳健性，提出基于注入信号与直接CCF差异的优化方法，并据此确认HD 189733 b的H2O和WASP-76 b的OH探测。
2023-03-02 astro-ph.EP
Stellar pulsation and granulation as noise sources in exoplanet transit spectroscopy in the ARIEL space mission
来自脉动和颗粒化的恒星变化是相关噪声的来源，可能影响系外行星多波段光度凌日观测的准确性和精度。这可能会导致透射或发射光谱中的测量结果出现偏差，或者导致对光谱上的最终误差条的低估。ARIEL是一个未来的太空望远镜和仪器，旨在对大样本的系外行星进行凌日光谱调查。在本文中，我们进行模拟，以评估恒星的脉动和造粒ARIEL观测GJ 1214 b和HD 209458 b所产生的变化的影响。我们考虑到恒星噪声的相关性，将其量化，并将其与光子噪声进行比较。在1.95-7.8 \textmu m的范围内，恒星脉动和颗粒噪声与光子噪声相比对两个目标的影响微不足道。在可视范围内，贡献显着增加，但在绝对值上仍然很小，对所研究目标的透射光谱的影响很小。脉动和颗粒化的影响将是最大的行星与低尺度高度的大气和长过境时间周围的明亮的恒星。
2018-09-18 astro-ph.EP
FORS2 observes a multi-epoch transmission spectrum of the hot Saturn-mass exoplanet WASP-49b
内容：透射光谱学已被证明是研究系外行星大气的有用工具，并已导致检测到少量元素和分子（Na，K，H $_2$ O），但也揭示了许多行星显示出与不透明的高海拔薄雾或云的存在相一致的平坦透射光谱。目的：我们将这种技术应用于$M_P=0.38 M_{jup}$、$R_p=1.12 R_{jup}$、$P=2.78d$行星WASP-49 b，旨在表征其在0.73和1 $\mathrmμ$ m之间的透射光谱，并寻找K和H $_2$ O的特征。方法：用安装在欧洲南方天文台帕拉纳尔站VLT/UT 1望远镜上的FORS 2仪器观测了WASP-49 b的三次凌日。我们在MXU模式下使用FORS 2，棱镜GRIS_600z，在整个i'和z'波段同时产生多波长渡越光曲线。我们将这些数据与来自欧拉和TRAPPIST望远镜的独立宽带测光相结合，以获得对凌日形状的良好测量。强相关噪声结构中存在的FORS 2光变曲线，这是由于旋转平场结构，引入的线性大气色散校正器的透明度的不均匀性。我们占这些结构，通过构建共同的噪声模型，从残差的光变曲线轴承相同的噪声结构，并使用它们与简单的参数模型来推断的透射光谱。结果如下：我们提出了三个独立的WASP-49 b的透射光谱之间的0.73和1.02 $μm$，以及从FORS 2和宽带数据的综合分析的透射光谱之间的0.65和1.02 $μm$。从三个单独的时代得到的结果一致。WAS…
2016-01-05 astro-ph.EP
Infrared Transmission Spectroscopy of the Exoplanets HD209458b and XO-1b Using the Wide Field Camera-3 on the Hubble Space Telescope
使用哈勃/NICMOS的近红外系外行星透射光谱学目前是模糊的，因为不同的观测小组根据其分析方法，从相同的数据中得出不同的结果。哈勃/WFC 3的空间扫描提供了解决这种模糊性的机会。在这里，我们报告了在过境的巨行星HD209458 b和XO-1b的WFC 3光谱，使用空间扫描模式，以获得最大的光子收集效率。我们引入了一种分析技术，推导出的系外行星的透射谱，而无需明确的解相关的仪器效应，并实现近光子限制的精度，即使在空间扫描模式中收集的高通量水平。我们的误差在6%（XO-1）和26%（HD209458 b）的光子极限在光谱分辨率为70，并优于0.01%，每个光谱通道。这两颗行星在1.38微米附近的水峰处都表现出约200 ppm的吸水率。我们对XO-1b的研究结果与NICMOS光谱的大得多的吸收相矛盾。我们测量到的HD209458 b的弱吸水性让人想起了Charbonneau等人（2002）在第一个系外行星大气层透射光谱中钠吸收的弱点。具有均匀分布的额外不透明度（每克0.012厘米^2）的模型大气，大约可以解释我们在这颗行星上对水的测量和对钠的吸收。我们对HD 209458 b的研究结果支持了Pont等人（2013）提出的观点，即弱分子散射叠加在透射光谱上，透射光谱主要由雾和/或灰尘引起的连续不透明度主导。然而，HD209458 b所需的额外不透明度比HD 189733 b更灰色，具有较…
2013-07-12 astro-ph.EP
A framework to combine low- and high-resolution spectroscopy for the atmospheres of transiting exoplanets
目前对近地系外行星大气层的观测主要通过两种技术获得：空间望远镜的低分辨率光谱学和地面的高分辨率光谱学。虽然这两种方法提供的观测量原则上是高度互补的，但从未尝试将它们结合起来，这可能是由于通常用于解释它们的不同建模方法。在这里，我们提出了第一个组合分析以前公布的日侧光谱的系外行星HD 209458 b在低分辨率与HST/WFC 3和斯皮策/IRAC，并在高分辨率与VLT/CRIRES。通过利用一种新的检索算法，能够计算联合概率分布的低和高分辨率的光谱，我们得到严格的约束地球大气的化学成分。与WFC 3的数据相反，我们不能自信地在高光谱分辨率下检测到H2O。从综合分析中检索到的水丰度偏离了1.9西格玛的期望太阳组成的大气化学平衡。测量的CO和H2O的相对分子丰度强烈倾向于富氧大气（C/O<1，在3.5 σ）的行星相比，平衡计算，包括O雨。从本研究中包括的七种分子物种的丰度，我们将行星金属丰度限制在0.1- 1.0 x恒星值（1 sigma）。这项研究为旗舰地面和天基设施之间的协调系外行星调查开辟了道路，这最终将对表征潜在的宜居行星至关重要。
2017-03-24 astro-ph.EP
Retrieving Temperatures and Abundances of Exoplanet Atmospheres with High-Resolution Cross-Correlation Spectroscopy
高分辨率光谱学（R > 25，000）最近成为探测系外行星大气中原子和分子物种的主要方法之一。然而，迄今为止，它一直缺乏一个强大的方法来提取温度结构和分子/原子丰度的定量约束。在这项工作中，我们提出了一种新的贝叶斯大气检索框架适用于高分辨率互相关光谱（HRCCS），依赖于数据和模型之间的互相关提取行星光谱信号。我们成功地测试了模拟数据的框架，并表明它可以正确地确定贝叶斯可信区间的大气温度和丰度允许定量探索的固有退化。此外，我们的新框架使我们能够简单地结合和探索HRCCS和低分辨率光谱（LRS）之间的协同作用，以最大限度地利用各自包含的信息。这个框架也使我们能够定量评估的影响，分子线不透明度在高分辨率。我们应用框架VLT CRIRES K波段光谱的HD 209458 b和HD 189733 b和检索丰富的一氧化碳，但太阳下的水丰度，在不同的模型假设下基本不变。这证实了之前对这些数据集的分析，但可能与不同波长和光谱分辨率下的水检测不一致。这里提出的框架是实现空间观测站和地面高分辨率观测之间真正协同作用的第一步。
2019-02-09 astro-ph.EP
The GTC exoplanet transit spectroscopy survey. VII. Detection of sodium in WASP-52b's cloudy atmosphere
我们报告了在热木星WASP-52 b的大气中首次探测到钠吸收。我们在10.4 m Gran Telescopio Canarias（GTC）上使用低分辨率成像和低中分辨率集成光谱学光学系统（OSIRIS）观察了WASP-52 b的一次凌日。由此产生的透射光谱覆盖了522 nm到903 nm的波长范围，除了钠双重态处显著的窄吸收特征外，是平坦的，没有特征的，这可以用1 mbar的太阳组成的大气层与云来解释。一个无云的大气层被严格排除。通过评估不同仓宽下钠的吸收深度，我们发现温度向低气压水平升高，正温度梯度为0.88 +/- 0.65 K/km，可能表明高层大气加热和逆温。
2017-03-20 astro-ph.EP
A Community Exoplanet Imaging Data Challenge for Roman CGI and Starshade Rendezvous
罗马日冕仪（CGI）在一个前所未有的对比度制度（$10^{-7}$到$10^{-9}$）下运行，将成为未来地球探测任务所需关键技术的开拓者。Roman Exoplanet Imaging Data Challenge（Roman EIDC）是一项社区参与活动，任务是为47个UMA目标恒星提取系外行星及其轨道，给定：（1）15年的模拟前体径向速度（RV）数据，以及（2）在Roman任务过程中拍摄的六个模拟成像时代。罗马EIDC模拟图像包括4个带有CGI的混合Lyot日冕仪（HLC）的时期，以及2个带有星罩（SS）的时期，假设该时期是在任务后期作为星罩Renaissance的一部分到达的。在这里，我们专注于我们的内部分析的最外层的行星，其中的starshade的更高的吞吐量和更低的本底噪声提出了一个因素~4改善信噪比的窄场HLC。我们发现，虽然RV检测是边缘的，前体RV数据使质量和轨道的约束，只有2个时期的星光成像。在分析中包括HLC图像导致相对于单独的RV + SS的改进的测量，其中最大增益来自在接近最大伸长的时期拍摄的图像。将SS成像的两个时期与RV + HLC数据相结合，导致轨道和质量确定优于单独RV + HLC约2倍。罗马CGI，结合前体RV数据和后来的任务SS成像，形成了一个强大的三连胜，在探测系外行星和确定它们的质量，轨道和系统配置。虽然Roman CGI将通过直接成像V~…
2021-05-28 astro-ph.EP astro-ph.IM
Transmission spectroscopy of exoplanet XO-2b observed with HST NICMOS
行星凌日期间的光谱学是探测系外行星大气的有力工具。我们介绍了用HST NICMOS获得的XO-2b的近红外渡越光谱。NICMOS凌日光谱仪的独特之处在于，在视场中存在一颗与XO-2性质相似的伴星。我们得到改进的恒星和行星的参数，通过光度白光分析。我们显示了一个明确的相关性的光谱噪声与仪器参数，特别是检测器上的光谱轨迹的角度。一个MCMC方法使用的仪器参数的去相关被用来提取行星光谱。从3次访视中的每次访视独立获得的光谱的RMS分别为430、510和1000 ppm。同样的分析是在伴星上进行数值注入后的过境与深度常数在所有波长。提取的光谱表现出类似的振幅为XO-2，这代表了剩余的NICMOS系统的水平的残差。这表明提取行星光谱是NICMOS能力的极限。我们使用伴星作为参考，推导出行星XO-2b的光谱。导出的光谱可以由包括大气水蒸气的理论模型或由平坦光谱模型表示。我们推导出XO-2b大气中存在水蒸气吸收的3-sigma上限为1570 ppm。在附录中，我们对气态巨行星XO-1b进行了类似的分析。
2012-10-18 astro-ph.EP
GTC OSIRIS transiting exoplanet atmospheric survey: detection of sodium in XO-2b from differential long-slit spectroscopy
我们使用加那利大望远镜（GTC）呈现了热木星系外行星XO-2b的两次凌日。时间序列观测是使用XO-2和附近的参考星的长缝光谱与OSIRIS仪器进行的，使差分分光光度法凌日光曲线能够测量系外行星的透射光谱。两个光学低分辨率光栅用于覆盖从3800到9300 nm的光学波长范围。我们发现，目标和参考星之间的亚毫微微级狭缝损耗阻止了完整的光学透射光谱的构建，限制了我们的分析，差分吸收深度超过~ 1000 nm的区域。更宽的长狭缝或具有宽掩模的多目标棱镜光谱学可能会证明在最大限度地减少观察到的狭缝损失趋势方面是有效的。在这两次凌日期间，我们使用以Na I双重峰为中心的50 μ m带通探测到XO-2 b在行星大气中的显著吸收，使用R500 R棱镜时吸收深度Δ（R_pl/R_star）^2 =0.049+/-0.017%，使用R500 B棱镜时吸收深度Δ（R_pl/R_star）^2 = 0.047+/-0.011%（两次凌日的综合显著性为5.2 σ）。在我们的低分辨率光谱中，钠的特征是未解决的，详细的建模也可能排除了在双峰周围~ 800 nm区域的显着线翼吸收。结合窄带测光测量，XO-2b是第一个有证据表明木星大气中存在钠和钾的热木星。
2012-08-24 astro-ph.EP
Challenges to Constraining Exoplanet Masses via Transmission Spectroscopy
MassSpec是由\citet{dew13}提出的一种方法，它可以单独从一颗凌日系外行星的透射光谱中确定其质量。这种方法的前提是，通过行星对大气尺度高度的影响，从透射光谱中提取行星表面的重力，这反过来又决定了吸收特征的强度。在这里，我们进一步探讨了\textit{MassSpec}对低质量系外行星的适用性-特别是那些在超级地球大小范围内的行星质量的径向速度测定可能极具挑战性和资源密集型。确定这些行星的质量至关重要，因为它们的性质是高度不受约束的。如果没有质量的知识，这些行星可能是岩石，冰或气体为主。为了研究行星质量对透射光谱的影响，我们模拟观测了具有H $_2$ O和H $_2$混合物的超级地球，包括有云和无云。我们模拟了它们的透射光谱，并对每颗行星进行了模拟，因为它将使用NIRISS，NIRSpec和MIRI仪器用\textit{JWST}进行观测。我们发现，具有不同质量和成分的行星的透射光谱之间存在显着的简并，使得在许多情况下不可能明确地确定行星的质量。
2017-01-31 astro-ph.EP
Methods to Characterise Exoplanet Host Stars from Spectroscopy
本章介绍基于光谱学表征系外行星宿主恒星的方法，阐述如何从光谱导出有效温度等参数，并结合测光与视差推导恒星半径与质量。
2025-04-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
A mirage of the cosmic shoreline: Venus-like clouds as a statistical false positive for exoplanet atmospheric erosion
JWST对类金星大气的近期研究有望推进我们对类地行星演化的认识。然而，对太阳系中金星的远程研究和正在进行的描述气态系外行星特征的努力都表明，高空气溶胶可能会限制对低层大气的观测研究，并可能使将系外行星识别为“类金星”变得具有挑战性。为了支持JWST外金星表征的实用方法，我们使用金星大气模型与七个TRAPPIST-1系外行星的自洽云形成来研究可以使用透射和发射光谱探测的大气深度。我们发现，JWST/MIRI LRS二次日食发射光谱在6 $μ$ m的不透明窗口可以探测至少一个数量级更深的压力比透射光谱，可能允许访问的两个热的最内层TRAPPIST-1行星的云下大气。此外，我们还发现了硫酸气溶胶的两个干扰效应，这可能对用透射光谱表征类地系外行星具有重要意义：（1）在产生观测光谱连续体时，云顶和固体表面之间存在模糊性;（2）云的形成区域沿半长轴高度下降，导致可观测云顶压力随恒星日照减少而增加。总之，这些影响可能会产生一种趋势，即在较低的恒星日照下观察到较厚的大气层-一个令人信服的大气逃逸假阳性和一个经验性的“宇宙海岸线”。然而，发展观测和理论技术来识别金星类系外行星，并将它们与恒星风吹世界区分开来，将使陆地比较行星学这一新兴领域取得进展。
2019-11-20 astro-ph.EP
Constraining Exoplanet Metallicities and Aerosols with ARIEL: An Independent Study by the Contribution to ARIEL Spectroscopy of Exoplanets (CASE) Team
欧空局的大气遥感系外行星大型调查（ARIEL）将于2028年发射，对$\sim$ 1000颗过境系外行星进行调查，将建立在开普勒和TESS的遗产基础上，并通过将其高精度系外行星观测置于大型，具有重要意义的行星群背景下来补充JWST。从两个FGS连续覆盖0.5- 7.8 ~ $μ$ m（0.50- 0.55，0.8 - 1.0和1.0- 1.2 ~ $μ$ m光度法; 1.25- 1.95 ~ $μ$ m光谱）和AIRS（1.95- 7.80 ~ $μ$ m光谱），ARIEL将在其3.5年的任务期间确定大气成分和探测行星形成历史。NASA提出的对ARIEL系外行星光谱学的贡献（CASE）将是ARIEL FGS仪器的一个子系统，包括两个可见光到红外探测器，相关的读出电子设备和热控制硬件。将由波兰科学院空间研究中心建造的FGS将提供精细制导和可见光到近红外光度测定和光谱学，对大气气溶胶贡献和行星引力提供强有力的诊断，这在建立行星能量平衡方面发挥着至关重要的作用。CASE团队在这里介绍了一项独立的研究，研究ARIEL测量系外行星金属丰度的能力，它探测了行星形成的条件，FGS测量散射光谱斜率，它表明系外行星是否有大气气溶胶（云和霾），以及几何散射，这有助于建立行星气候。我们的设计参考任务模拟表明，ARIEL可以测量其1000颗行星的单次访问样本与$>7.5σ$的质量-金属丰度关系，FGS可以…
2019-06-06 astro-ph.EP astro-ph.IM
VLT/CRIRES+ observations of warm Neptune WASP-107 b: Challenges in detecting molecules with ground-based transmission spectroscopy of cooler and cloudy exoplanets
Uppsala University（乌普萨拉大学）；Pontificia Universidad Católica de Chile（智利天主教 Pontificia 大学）；Georg-August-Universität（格奥尔格-奥古斯特大学）；Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP)（波茨坦阿诺德·爱因斯坦天体物理研究所 (AIP)）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）；Namzitu Astro（Namzitu 天文台）
研究WASP-107 b大气中分子的检测挑战，利用VLT/CRIRES+数据与JWST结果对比，确认CO和H2O的检测并展示地面传输光谱学在更冷系外行星中的应用潜力。
2026-04-26 astro-ph.EP
Reflected spectroscopy of small exoplanets II: characterization of terrestrial exoplanets
能够进行高对比度成像的太空望远镜被认为是寻找类太阳恒星周围的类地行星并确定其潜在可居住性的途径。因此，量化反射光谱的能力是至关重要的，通过直接成像的类地系外行星，现有的工作集中在现代地球的行星类似物。在这里，我们超越了地球的类似物，并使用贝叶斯检索算法ExoReL $^\Re$，以确定我们可以从它们的反射光谱中了解到什么。认识到类地系外行星的潜在多样性，我们的重点是区分大气场景没有任何先验知识的主导气体。我们发现，虽然光学波段（$0.4-1.0\ μ$ m）的中等分辨率光谱可能足以表征现代地球模拟，但它可能会导致对类似太古代地球或具有CO $_2$主导大气的行星的错误解释。包括近红外波段（$1.0-1.8\ μ$ m）的观测可以防止这种误差，确定大气的主要成分（N $_2$、O $_2$或CO $_2$），并量化痕量气体（H $_2$ O、O $_3$和CH $_4$）。这些结果对确定未来系外行星直接成像任务的科学要求、设计波段带宽和观测方案具有参考价值。
2022-04-28 astro-ph.EP astro-ph.IM
Hot Exoplanet Atmospheres Resolved with Transit Spectroscopy (HEARTS) - II. A broadened sodium feature on the ultra-hot giant WASP-76b
高分辨率光谱学是从地面探测系外行星大气的有力工具。钠D线的截面很大，特别适合于在这种情况下研究大气的上层。我们报告的结果从心脏，光谱调查的系外行星大气，进行比较研究的热气巨星，以确定恒星辐射的影响。在该系列的第二个装置中，我们重点介绍了超热巨型WASP-76 b上中性钠的检测。我们使用ESO 3.6米望远镜的HARPS高分辨率摄谱仪观测了行星的三次凌日，并收集了175个WASP-76的光谱。我们反复探测行星大气中中性钠的吸收特征（$0.371\pm0.034\%$ ; $10.75 σ$在$0.75$窄带中）。钠谱线具有半高宽为$27.6\pm2.8$ km·s $^{-1}$的高斯分布。这比HARPS的谱线扩展函数（$2.7$ km s $^{-1}$）宽得多。我们推测，观测到的增宽可以追溯到这颗超高温气体巨星的高层大气的超旋转。
2019-01-30 astro-ph.EP
The GTC exoplanet transit spectroscopy survey. IV.: No asymmetries in the transit of Corot-29b
上下文从空间获得精密测光的系外行星空间飞行任务的发射导致发现了数千个具有非常不同的物理性质和结构的行星系。其中，系外行星CoRoT-29 b在2011年夏季获得的光变曲线中被识别，并呈现出不对称的凌日光变曲线，这是通过重力暗化的影响来初步解释的。目标。CoRoT-29 b的凌日是用精密光度法测量的，以表征其凌日形状中报告的不对称性。方法.使用OSIRIS摄谱仪在10米GTC望远镜，我们进行分光光度差分观测，这使我们能够计算一个高精度的光度光变曲线，并研究的颜色依赖的过境。结果经过仔细的数据分析，我们发现先前报道的不对称性不存在于2014年7月和2015年7月观察到的两次凌日中，在5分钟内具有300 ppm的高光度精度。由于恒星相对较暗，我们无法达到对其大气进行透射光谱分析所需的精度，但我们没有看到凌日深度或持续时间与颜色相关的迹象。结论.我们的结论是，以前报道的不对称性可能是一个随时间变化的现象，这并没有发生在最近的时代。或者，发现数据中的工具效应可能需要重新考虑。
2016-02-01 astro-ph.EP
Discovery of a probable 4-5 Jupiter-mass exoplanet to HD 95086 by direct-imaging
直接成像刚刚开始清点在太阳附近年轻恒星周围宽轨道上的气体巨行星的数量。按照这种方法，我们进行了深入的成像调查，在近红外使用VLT/NaCo寻找亚恒星的同伴。我们在这里报告的发现L'（3.8微米）图像的一个可能的同伴轨道在56天文单位的年轻（10-17百万年），尘埃，早期型（A8）恒星HD 95086。这一发现是基于一年多的时间间隔的观察。我们的第一个历元清楚地揭示了10西格玛的来源，而我们的第二个历元缺乏良好的观测条件，因此产生了3西格玛检测。因此，进行了各种测试以排除可能的伪影。这种恢复与第一个时期的信号一致，但需要更清晰的确认。然而，我们的天体测量精度表明伴星与恒星共动，置信度为3 sigma。根据其可能的极红Ks - L'颜色，在KS波段（2.18微米）图像中没有检测到该源的行星性质得到了加强。相反，背景污染以良好的置信水平被拒绝。根据热启动演化模型，HD 95086 b的光度估计约为4- 5兆焦耳（相当于1000 - 1700万年），是有史以来拍摄到的质量最低的系外行星。
2013-08-30 astro-ph.EP
The dark and featureless surface of rocky exoplanet LHS 3844 b from JWST mid-infrared spectroscopy
Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian（哈佛-史密松天体物理中心）；Max-Planck-Institut für Astronomie（马克斯·普朗克天文学研究所）；University of Chicago（芝加哥大学）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Peking University（北京大学）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）
利用JWST中红外光谱研究岩质系外行星LHS 3844 b表面，发现其表面为暗色低硅材质，排除了新鲜粉末表面和二氧化碳或二氧化硫气体的存在，表明其表面古老且经历空间风化。
2026-04-30 astro-ph.EP
A Closed-Form Analytical Theory of Non-Isobaric Transmission Spectroscopy for Exoplanet Atmospheres
Ludwig Maximilian University（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）；Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC)（安达卢西亚天体物理研究所）
本文提出了一种非等压传输光谱学的闭式解析理论，用于分析系外行星大气的光谱特征。
2026-01-14 astro-ph.EP
A First Look at CRIRES+: Performance Assessment and Exoplanet Spectroscopy
高分辨率光谱学已被证明是大气遥感系外行星的一个强大途径。最近，ESO在VLT调试了CRIRES+高分辨率红外光谱仪。CRIRES+是一种交叉色散摄谱仪，具有高通量和宽波长覆盖范围，覆盖近红外（0.95-5.3 $μ$ m），特别适合于系外行星的大气特性。在这项工作中，我们报告了CRIRES+用于系外行星光谱学的性能的早期见解，并对数据简化过程进行了详细的评估。由于仪器的新颖性，我们使用官方CR2 RES管道和我们新定制的ExoRES管道执行两种独立的数据简化策略。利用科学验证观测结果发现，在最佳观测条件下，CRIRES+的光谱分辨率可达$R \gtrsim 100,000$。同样，我们发现的信噪比（S/N）是一致的预期和经验估计所考虑的观察。作为一个案例研究，我们执行的第一个应用CRIRES+的大气特征的系外行星-超热木星MASCARA-1 b。我们在MASCARA-1 b的S/N分别为12.9和5.3时探测到CO和H $_2$ O，并通过CO和H $_2$ O发射谱线发现了温度反演，这是系外行星的第一次。我们发现CO和H $_2$ O的组合S/N为13.8，与CO相比，H $_2$ O丰度较低。我们的研究结果证明了CRIRES+的科学潜力，并强调了对不同系外行星进行高分辨率大气光谱分析的绝佳机会。
2022-08-25 astro-ph.EP astro-ph.IM
An analytical formalism accounting for clouds and other "surfaces" for exoplanet transmission spectroscopy
虽然Lecavelier des Etangs等人（2008年）的形式主义对于理解系外行星的透射光谱形状非常有用，但它不包括通常与表面和光学厚云相关的通量随高度急剧变化的影响。然而，最近在理解系外行星透射光谱中折射效应方面的进展表明，即使是透明的厚大气层也会由于折射边界而导致通量急剧变化。我们推导出一个更广泛适用的分析形式主义，包括从所有这些“表面”的一阶效应计算系外行星的有效半径，有效的大气厚度，和光谱调制的大气具有恒定的尺度高度。我们证明了有效半径不能位于这些“表面”之下，并且我们的形式主义在晴朗的大气中与Lecavelier des Etangs等人（2008）的形式主义相匹配。我们的形式主义解释了为什么云和折射降低光谱特征的对比度，以及为什么折射随着波长的增加而降低瑞利散射斜率，但也表明这些是所有“表面”的共同效应。我们引入了“表面”截面的概念，最小平均截面，可以观察到的，作为一个指标来表征“表面”的位置，并提供了一个简单的方法来估计其对均匀大气的光谱调制的影响。最后，我们设计了一个数值配方，将我们的形式主义扩展到具有非恒定尺度高度和任意不透明度来源的大气，这是解释观测结果的潜在必要步骤。
2017-03-21 astro-ph.EP
Exoplanet Atmosphere Measurements from Direct Imaging
在过去的十年中，大约有十几颗巨大的系外行星被直接成像为年轻恒星的同伴。通过新的极端日冕仪（如VLT的SPHERE和Gemini的GPI）对这些行星的光度测定和光谱分析，我们开始对这些天体的大气进行表征和分类。最初，人们认为年轻的行星将类似于褐矮星，更大的物体，但共享类似的有效温度和成分。令人惊讶的是，年轻的行星看起来比褐矮星要红得多，这可能是由于它们的表面重力较低，并表明大气结构有很大不同。首先，年轻的自由浮动行星似乎是一样或更多的变化比场褐矮星，由于旋转调制的不均匀的表面特征。最终，这种不均匀性将使这些物体的大气层结构顶部能够通过超大望远镜上的多普勒成像来映射。巨型系外行星的直接成像光谱学是研究宜居带行星的前奏。最终，将有必要使用LUVOIR等未来望远镜对大量宜居带行星样本进行直接成像光谱分析，以确定多种生物特征，并确定邻近恒星宜居带中地球质量系外行星的宜居性。
2018-07-13 astro-ph.EP
JexoSim: A time domain simulator of exoplanet transit spectroscopy with JWST
詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）将在未来十年内执行系外行星过境光谱学，有望取得变革性的科学成果。机载的所有四台仪器都可用于这项技术，该技术根据波长相关的光变曲线测量重建系外行星的大气透射或发射光谱。天体物理学和仪器噪声以及系统学会影响最终光谱的精确度和准确度，从而影响从光谱中得出的大气特性。相关的噪声和时间依赖的系统，可以偏置的测量信号，必须考虑在最终的不确定性。然而，用真实数据或简单的分析工具来量化这些影响可能很困难。现有的公开可用的模拟器JWST不充分模拟复杂的时域过程外行星过境观测。我们报告JexoSim，一个专用的时域模拟器JWST包括所有四个仪器的系外行星过境光谱。JexoSim对天体物理学和仪器进行建模，在模拟的时间内生成类似于真实观测的二维图像。JexoSim可以捕获光变曲线上的相关噪声和系统偏差，这使其具有很大的通用性。JexoSim的潜在应用包括JWST仪器的性能测试，评估科学回报和测试数据简化管道。我们描述JexoSim，验证它对其他模拟器，并提出了它的实用程序的例子。
2019-10-24 astro-ph.EP astro-ph.IM
On the robustness of analysis techniques for molecular detections using high resolution exoplanet spectroscopy
高分辨率多普勒光谱学为行星外大气的化学探测提供了强有力的手段。这种方法涉及监测行星光谱中的数百条分子谱线，这些谱线因行星的轨道运动而发生多普勒位移。通过将观测到的系统光谱与模型行星光谱互相关来检测分子。该方法已导致使用大型地面望远镜对热蒸发器中的H2O、CO和TiO进行分子探测。然而，这种方法的关键是从观测光谱中准确地去除恒星和大地特征，也称为去趋势。以前的分子检测依赖于去趋势方法和参数的特定选择。然而，尚未详细研究不同选择的分子检测的耐用性。我们进行了系统的调查，去趋势的算法，参数和优化的化学检测使用高分辨率光谱的效果。作为一个案例研究，我们考虑热木星HD 189733 b。使用多种方法，我们确认了H2O（4.8 $σ$）和CO（4.7 $σ$）的高显著性检测。此外，我们报告的证据表明，HCN具有高度显著性（5.0 $σ$）。另一方面，我们的研究结果强调了需要改进的度量和扩展的观察，以稳健地确认这种检测。特别是，我们发现，检测意义的$\gtrsim$ 4 $σ$可以通过优化去趋势在行星速度空间中的不正确的位置，这样的假阳性可以发生在近30%的情况下。我们讨论的方法，以帮助区分分子检测杂散噪声。
2018-11-14 astro-ph.EP
Constraining Stellar Photospheres as an Essential Step for Transmission Spectroscopy of Small Exoplanets
透射光谱探测过境系外行星的大气，但这些观测也受到宿主恒星上磁性活跃区引入的信号的影响。在这里，我们概述了在未来十年的科学机会，提供有用的约束恒星光球和最小的（$R<4\,R_{\odot}$）系外行星的透射光谱的解释。我们确定并讨论了四个主要的机会：（1）通过系外行星穿越事件完善恒星磁活动区的属性;（2）活动系外行星宿主恒星的光谱分解;（3）联合检索恒星光球和行星大气属性与透射光谱的研究;和（4）继续视觉透射光谱研究，以补充$\textit{JWST}$的长波长研究。我们向Astro 2020十年巡天委员会提出了五项建议：（1）将凌日光源（TLS）效应视为对精确系外行星透射光谱学的挑战，也是未来十年科学进步的机会;（2）将宿主恒星光球异质性的表征作为研究凌日系外行星的综合研究战略的一部分;（3）支持建造地基超大型望远镜;（4）支持多学科研究团队，将太阳物理学、恒星物理学和系外行星社区聚集在一起，进一步利用凌日系外行星作为恒星光球的空间探测器;和（5）支持视觉透射光谱学的努力，作为对$\textit{JWST}$长波长观测活动的补充。
2019-03-14 astro-ph.EP astro-ph.SR
Detecting isotopologues in exoplanet atmospheres using ground-based high-dispersion spectroscopy
互相关是一种久经考验的外行星定性方法。一个新的，潜在的强大的应用是测量大气同位素比。特别是D/H可以对行星的形成和演化提供独特的见解。在这里，我们的目标是研究同位素在系外行星的高色散光谱的可探测性，以确定最佳波长范围，并预测所需的观测工作与当前和未来的地面仪器。高色散（R=10 $^5$）热发射（有时反射）光谱是通过在很宽的温度范围内对系外行星大气进行自洽建模来模拟的。这些是用相当于VLT或ELT的望远镜综合观测的，并用互相关进行分析，得到了探测$^{13}$ CO、HDO和CH $_3$ D的信噪比预测。对于最可观测的系外行星，$^{13}$ CO处于当前望远镜的观测范围内。它将最有利地检测到在2.4微米，只是longward的光谱范围探测的几个高色散观测文献。CH $_3$ D在4.7微米处可以被最好地看到，使用40米级望远镜，对于$T_{\rm equ}$低于600 K的行星。在这种情况下，天空辐射通常是噪声的主要来源。HDO可以瞄准3.7微米，其中天空发射较小。40米级的望远镜可以在$T_{\rm equ}$低于900 K的行星上探测到它，甚至在甲烷淬灭的情况下，可能是8米级的望远镜。如果Proxima Cen b富含水，则可以在1个晚上的反射光下用ELT检测到HDO。同位素体很快将属于系外行星的表征工具。测量D/H和其他同位素的比率可能是ELT上METIS仪器的主要科学案…
2019-01-04 astro-ph.EP
Early Insights for Atmospheric Retrievals of Exoplanets using JWST Transit Spectroscopy
我们已经进入了詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）的时代。我们使用NIRSpec仪器在3-5 $μ$ m范围内获得的热土星质量系外行星WASP-39 b的第一个JWST透射光谱来研究（a）该光谱范围内JWST质量数据可能存在哪些大气约束，（b）对检索中使用的大气模型的要求，（c）数据简化管道之间的差异对检索的大气属性的影响，以及（d）JWST在3-5 $μ$ m范围内的数据与HST在较短波长的观测之间的互补性。在3-5 $μ$ m范围内的JWST光谱为化学探测提供了一个有希望的途径，同时包含了几个突出的气溶胶的云不透明度窗口。我们证实了最近的推断CO $_2$，SO $_2$，H $_2$ O，和CO在WASP-39 b，H $_2$ S报告的初步证据，并检索元素丰度与土星的金属丰度一致。我们检索分子丰度与$\sim$ 0.3-0.6 dex精度与此相对有限的光谱范围。当单独考虑3-5 $μ$ m数据时，报告的不同还原管道的光谱差异可能会影响丰度估计值，最高可达$\sim$ 1 dex，并影响不太突出的物种的可检测性。与较短波长的数据相补充，例如与其他JWST仪器或HST WFC 3（$\sim$ 0.8-1.7 $μ$ m）相补充，可以大大提高丰度估计的准确性和精确度。高质量的数据使得能够限制气溶胶特性，包括其组成，模态大小和范围，激发他们在检索中的考虑。我们的研究结果突出了JWST…
2023-01-06 astro-ph.EP
The Effects of Refraction on Transit Transmission Spectroscopy: Application to Earth-like Exoplanets
我们量化的折射在过境透射光谱的光谱吸收功能和时间变化，可用于获得不同恒星类型的行星轨道恒星的高度相关的光谱的影响。我们验证了我们的模型对地球的ATMOS和月食光谱的高度相关的传输光谱Palle等人。（2009）。我们进行可探测性研究，以显示折射的潜在影响，假设观测地球类似物与詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）近红外光谱仪（NIRSPEC）。由于折射，对于每个给定的行星-恒星系统，在过境期间将有一个最大的切向压力水平可以探测。我们表明，由于折射，对于在类太阳恒星的宜居带上运行的类地行星，只能探测大气的顶部0.3巴，导致吸收特征的信噪比（SNR）降低60%，对于地球来说，模拟行星在M5 V恒星的宜居带中运行，可以探测几乎整个大气层，而信噪比的降低最小。我们还表明，折射可以导致过境透射光谱的时间变化，这可能提供了一种方法来获得高度依赖的光谱系外行星大气。此外，在进入之前和在离开之后的变化提供了一种探测压力大于在运输期间可以探测的最大切向压力的方法。因此，探测大气高度的最大范围，特别是类似地球的系外行星的近地表环境，除了在过境光谱外，还需要观察过境折射光。
2014-08-15 astro-ph.EP
The GTC exoplanet transit spectroscopy survey I: OSIRIS transmission spectroscopy of the short period planet WASP-43b
我们使用GTC仪器OSIRIS在一次完整的主凌日事件和四次部分凌日观测期间获得了行星主星WASP-43（和一颗参考星）光学范围（520-1040 nm）的长缝光谱。我们整合了两颗恒星在不同波长区域的恒星通量，产生了几条光变曲线。我们将凌日模型拟合到这些曲线上，以测量恒星与行星的半径比Rp/Rs，以及其他物理参数。我们在白光曲线中测得Rp/Rs = 0.15988^{+0.00133}_{-0.00145}。我们提出了一个试探性的检测过量的行星与恒星的半径比周围的Na我的双峰（588.9 nm，589.5 nm）相比，附近的连续在2.9西格玛水平。我们没有发现显着过剩的测量行星到恒星的半径比周围的K我的双峰（766.5 nm，769.9 nm）相比，附近的连续。结合我们的观察与以前发表的历元，我们完善的轨道周期的估计。使用线性星历，我们得到的周期为P=0.81347385 +/- 1.5 x 10^{-7}天。使用二次星历，我们得到的周期为0.81347688 +/- 8.6 x 10^{-7}天，该参数的变化为dP/dt = -0.15 +/- 0.06秒/年。与先前的结果一样，这暗示了这颗行星的轨道衰变，尽管需要进行几年的时间分析才能确认这一点。
2014-01-15 astro-ph.EP
Starshade Rendezvous: Exoplanet Orbit Constraints from Multi-Epoch Direct Imaging
在{ \it Nancy Grace Roman Space Telescope}上增加一个外部星罩，将能够直接对在$\sim$ 1 AU轨道上运行的地球半径行星进行成像。将任何探测到的行星归类为类地行星需要光谱学来表征其大气层，并需要多时期成像来追踪其轨道。我们在这里考虑的能力，Starshade Renaissance探测器约束直接成像类地行星的轨道。这一拟议任务的目标清单包括最适合直接成像的16颗邻近恒星。遮光罩飞行任务的视野受到太阳排斥角的限制，导致在两年的飞行任务中有四个观测窗口。我们发现，对于可居住区的行星轨道，在四个观看机会期间至少检测到三次，它们的半长轴测量的中位精度为7 mas，或中位分数精度为3%。在96.7%的情况下，可调带行星可以被正确识别，假阳性率为2.8%。如果使用更保守的标准进行宜居带分类（95%的概率），误报率下降到接近零，但只有81%的真正的类地行星被正确分类为居住在宜居带。
2021-01-04 astro-ph.EP astro-ph.IM
Exoplanet Spectroscopy and Photometry with the Twinkle Space Telescope
Twinkle空间望远镜是为描述系外行星和太阳系物体的特性而设计的。Twinkle在低地球太阳同步轨道上运行，配备了45厘米望远镜和可见光（0.4 - 1微米）和红外（1.3 - 4.5微米）光谱仪，可以同时运行。Twinkle是一个一般观测站，将按需提供对波长范围内各种目标的观测，这些波长范围目前无法使用其他空间望远镜观测，或只能在短期内被超额订购的观测站观测。在这里，我们探索Twinkle的光谱仪对目前已知的系外行星进行定位的能力。我们研究的光谱分辨率结合多种观测各种行星和恒星类型。我们还模拟了一些著名的行星（HD 209458 b，GJ 3470 b和55 Cnc e）的光谱检索。从今天已知的系外行星中，我们发现在一次凌日或日食中，Twinkle可以在低光谱分辨率（R < 20）下探测89颗行星，以及在通道1（1.3 - 4.5 μ m）中以更高分辨率（R > 20）探测12颗行星。通过10次观测，144颗行星的大气层可以在更高的分辨率下以R < 20和81来表征。即将进行的调查将揭示数千颗新的系外行星，其中许多将位于Twinkle的视野范围内。特别是TESS，预计将在明亮的恒星周围发现许多适合后续观测的目标。我们包括这些预期的行星，并发现行星的数量Twinkle可以观察到在近红外在一个单一的过境或日食增加到558 R > 20和41在较低的分辨率。通过叠加10次凌日或日食，…
2018-12-22 astro-ph.EP
High Resolution Transmission Spectroscopy as a Diagnostic for Jovian Exoplanet Atmospheres: Constraints from Theoretical Models
我们提出了一个耦合的3-D大气动力学和传输谱模型，其中包括多普勒频移所产生的风和行星运动的巨行星大气的高分辨率传输谱。我们的模型类木行星覆盖超过两个数量级的入射通量，对应的行星与0.9至55天的轨道周期围绕太阳型恒星。我们的3-D动力学模型的结果揭示了某些方面的高分辨率透射光谱，不存在于简单的1-D模型。我们发现，最热的行星经历强烈的亚恒星反恒星（SSAS）风，导致传输光谱的净蓝移高达3公里秒$^{-1}$，而较少照射的行星几乎没有净多普勒频移。与一维模型相比，由于旋转（在潮汐锁定的假设下，近距离行星的速度更快）和大气风的组合造成的多普勒展宽，最热大气的峰值线强度显着降低。最后，高分辨率透射光谱可能有助于研究具有光学厚云的系外行星的大气，因为非常强的过渡线核心应该保持光学厚到非常高的高度。高分辨率透射谱是检验三维大气动力学模式有效性的一个很好的观测手段，因为它提供了对风场结构和热循环的直接探测。地基系外行星光谱学目前即将能够验证我们的一些建模预测，最引人注目的是SSAS风对日照的依赖性。我们警告说，解释高分辨率透射光谱的基础上1-D大气模型可能是不够的，3-D大气运动可以产生明显的影响上的吸收特征。
2014-09-03 astro-ph.EP
The Exoplanet Transmission Spectroscopy Imager (ETSI)
我们提出了一种新的仪器的设计调整，以检测过境系外行星大气。我们称之为系外行星透射光谱成像仪（ETSI）的仪器使用了一种名为公共路径多波段成像（CMI）的新技术。ETSI使用棱镜和多波段滤波器，在系外行星凌日期间，在$430-975nm$的两个探测器上同时成像15个光谱带通（平均光谱分辨率为$R = λ/Δλ= 23$）。该仪器的原型实现了光子噪声限制的结果低于大气振幅闪烁噪声限制。ETSI可以在相对较短的时间内用一个中等大小的望远镜探测系外行星大气的存在和组成。我们展示了仪器的光学设计。进一步讨论了ETSI仪器的科学性所驱动的棱镜和多波段滤光片的设计技术。我们描述了即将与ETSI的调查，将测量几十个系外行星大气光谱在$\sim2$年的两米望远镜。最后，我们将讨论ETSI将如何成为跟踪所有过境明亮恒星的气体巨型系外行星的强大手段，包括许多最近发现的TESS（NASA的过境系外行星调查卫星）系外行星。
2020-12-01 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
Regaining the FORS: making optical ground-based transmission spectroscopy of exoplanets with VLT+FORS2 possible again
透射光谱有助于探测系外行星大气中的分子和/或云。这些研究严重依赖于空间或大型地面观测站，因为需要进行时间分辨、高信噪比的光谱学。ESO甚大望远镜的FORS 2仪器是进行此类研究的明显选择，并且确实在2010年开创了该领域。然而，在此之后，它被证明遭受由纵向大气色散校正器（LADC）引起的系统误差。这一问题得到了成功解决，重新引起了人们对这一仪器的兴趣，这一点从提出的对系外行星进行透射光谱分析的建议的数量就可以看出。我们在这里提出的背景下，问题和我们如何解决它，以及最近获得的结果。最后，我们提供了一个最佳的策略，做透射光谱与FORS 2的提示，希望FORS 2可能会成为基于地面的系外行星透射光谱的首选仪器。
2016-07-25 astro-ph.EP astro-ph.IM astro-ph.SR
