该研究用 Cloudy for Exoplanets 构建 WASP-121 b 的 LTE/NLTE 一维大气模型并分析 HARPS 高分辨率透射光谱,发现两类评估指标偏好不同且存在温度—金属丰度简并,因而无法确证 NLTE 效应。
摘要:
超热木星(UHJs)受到其宿主恒星的强烈辐照,预计其大气中会出现非局部热动平衡(NLTE)效应。这类效应的建模计算量很大,但在高分辨率互相关光谱(HRCCS)所探测的低气压条件下,会显著影响谱线的形成。UHJ WASP-121 b 拥有高度膨胀的大气,因此非常适合研究 NLTE 效应对其透射光谱的影响。在此,我们正式介绍 Cloudy for Exoplanets,这是一种基于 Cloudy 的建模代码,并用它生成一维 LTE 和 NLTE 大气模型及光谱,以分析存档的 HARPS WASP-121 b 透射光谱。我们采用两种 HRCCS 方法评估模型:i)Pearson 互相关,以及 ii)一种旨在匹配给定大气物种的平均观测线深的方法。所有模型都给出了对 Fe I 的强探测(7.5<S/N<10.5)。然而,S/N 最高的模型(LTE)与平均线深最佳匹配模型(NLTE)并不一致。我们还发现存在简并:提高 LTE 模型的等温温度和金属丰度,可以产生与温度更低、金属丰度更低的 NLTE 模型相似的平均线深。因此,我们无法对 WASP-121 b 大气中是否存在 NLTE 效应作出结论性判断。相反,我们强调 HRCCS 需要标准化指标,以便对复杂物理模型(例如 NLTE 或三维效应)进行稳健的统计评估;目前这些模型因计算成本过高而无法纳入 HRCCS 大气反演。
英文摘要:
Ultra-hot Jupiters (UHJs) undergo intense irradiation by their host stars and are expected to experience non-local thermodynamic equilibrium (NLTE) effects in their atmospheres. Such effects are computationally intensive to model but, at the low pressures probed by high-resolution cross-correlation spectroscopy (HRCCS), can significantly impact the formation of spectral lines. The UHJ WASP-121 b exhibits a highly inflated atmosphere, making it ideal for investigating the impact of NLTE effects on its transmission spectrum. Here, we formally introduce Cloudy for Exoplanets, a Cloudy-based modelling code, and use it to generate 1-D LTE and NLTE atmospheric models and spectra to analyse archival HARPS WASP-121 b transmission spectra. We assessed the models using two HRCCS methods: i) Pearson cross-correlation, and ii) a method that aims to match the average observed line depth for given atmospheric species. All models result in strong detections of Fe I ($7.5<S/N<10.5$). However, the highest S/N model (LTE) does not agree with the best-matching model of the average line depth (NLTE). We also find degeneracy, such that increasing the isothermal temperature and metallicity of the LTE models can produce average line depths similar to cooler, less metal rich NLTE models. Thus, we are unable to conclusively remark on the presence of NLTE effects in the atmosphere of WASP-121 b. We instead highlight the need for standardised metrics in HRCCS that enable robust statistical assessment of complex physical models, e.g. NLTE or 3-D effects, that are currently too computationally intensive to include in HRCCS atmospheric retrievals.
Tsinghua University(清华大学);SRON Netherlands Institute for Space Research(荷兰空间研究所);Space Telescope Science Institute(太空望远镜科学研究所);Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen(格罗宁根大学卡普坦天文研究所);Leiden Observatory, Leiden University(莱顿大学莱顿天文台)
Cloudy solutions for the clear skies of WASP-80b: 3D cloud feedback on the atmosphere and spectra of a warm Jupiter
Université de la Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Lagrange(蔚蓝海岸大学,蔚蓝海岸天文台,法国国家科学研究中心,拉格朗日实验室);Tsung-Dao Lee Institute & School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University(杨振宁研究所与物理与天文学院,上海交通大学);Center for Space and Habitability, University of Bern(太空与宜居中心,伯尔尼大学);Johns Hopkins Applied Physics Laboratory(约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室);Space Telescope Science Institute(太空望远镜科学研究所);Steward Observatory(斯图尔德天文台);Department of Astronomy, University of Wisconsin–Madison(天文学系,威斯康星大学麦迪逊分校);Department of Astronomy and Astrophysics, University of California at Santa Cruz(天文学与天体物理学系,加州大学圣克鲁兹分校);Department of Physics and Astronomy, Johns Hopkins University(物理与天文学系,约翰斯·霍普金斯大学);California Institute of Technology(加利福尼亚理工学院)
Constraining planetary mass-loss rates by simulating Parker wind profiles with Cloudy
基于帕克风密度和速度分布的系外行星大气模型是追踪行星大气逃逸的光谱观测的常见选择。使用这些模型推断大气特性通常会导致温度和质量损失率之间的简并,从而提供对任一参数的弱约束。我们提出了一个框架,可以部分地解决这种退化的预期热层温度的更严格的约束。我们使用的光电离代码多云内的迭代方案来计算网格的一维帕克风模型的温度结构,包括辐射加热/冷却的影响,以及流体动力学效应(膨胀冷却和热平流)。我们约束的参数空间,通过识别模型是不自洽的,通过比较的模拟温度在他10830 $Å$线形成区域的温度假设在创建模型。我们证明了这一过程的模型的基础上HD 209458 b。通过调查帕克风模型与假设的温度在4000和12000 K之间,和$10^{8}$和$10^{11}$ g s $^{-1}$之间的质量损失率,我们能够排除这个参数空间的很大一部分。此外,我们适合的模型,以前的观测数据,并结合这两个约束,以找到一个首选的热层温度的$T=8200^{+1200}_{-1100}$ K和质量损失率的$\dot{M}=10^{9.84^{+0.24}_{-0.27}}$ g S $^{-1}$假设一个固定的大气成分,没有气体压力限制的恒星风。使用相同的程序,我们限制WASP-69 b,WASP-52 b,HAT-P-11 b,HAT-P-18 b和WASP-107 b的温度和质量损失速率。
A Cloudiness Index for Transiting Exoplanets Based on the Sodium and Potassium Lines: Tentative Evidence for Hotter Atmospheres Being Less Cloudy at Visible Wavelengths
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)
Cloudy mornings and clear evenings on a gas giant exoplanet
Johns Hopkins University(约翰斯·霍普金斯大学);University of California, Santa Cruz(加州大学圣克鲁兹分校);Johns Hopkins Applied Physics Laboratory(约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室);University of Exeter(埃克塞特大学);University of Oxford(牛津大学);Max Planck Institute for Astronomy(马克斯·普朗克天文学研究所)
Non-Local Thermodynamic Equilibrium Transmission Spectrum Modelling of HD209458b
系外行星上层大气是低密度环境,辐射过程可以与碰撞过程竞争,并将非局部热力学平衡(NLTE)效应引入透射光谱。目的-我们开发了一个NLTE辐射转移框架,能够在广泛的行星特性范围内模拟系外行星传输光谱。方法-我们适应的NLTE光谱合成代码多云产生的大气结构和原子透射光谱在NLTE和当地的热力学平衡(LTE)的热木星HD209458 b,给出了一个公布的T-P配置文件,并假设太阳金属丰度。选定的光谱特征,包括H $α$,Na I D,He I $λ$ 10830,Fe I和II紫外(UV)带,和C,O和Si UV线,与文献观测和模型进行比较。针对各个谱线测量NLTE效应的强度,以识别哪些特征受到最强烈的影响。结果-开发的建模框架计算NLTE合成光谱再现文献结果的He I $λ$ 10830三重态,Na I D线,和森林的Fe I线的光学。相对于LTE光谱,NLTE光谱中的各个谱线表现出高达40%的更强吸收。
Detection of Na, K, and H$α$ absorption in the atmosphere of WASP-52b using ESPRESSO
WASP-52 b是一颗低密度的热木星,围绕着一颗中等活跃的K2 V恒星运行。以前的低分辨率研究揭示了多云的大气层,并在云层上方发现了原子Na。在这里,我们报告的检测过量吸收的Na双峰,H $α$线,和K D $_1$线。我们根据WASP-52 b的三次凌日推导出了高分辨率的透射光谱,这些光谱是用VLT的超稳定高分辨率摄谱仪ESTERO观测到的。我们测量了Na D PDMATHAMN的$1.09\pm 0.16$ %、Na D $_2$的$1.31\pm 0.13$ %、H $α$的$0.86\pm 0.13$ %和K D $_1$的$0.46\pm 0.13$ %的线对比度,线FWHM范围为11-22 km s $^{-1}$。我们还发现,这些检测到的线在过境期间的速度变化是一致的行星轨道运动,从而证实了它们的行星起源。我们没有观察到任何明显的净蓝移或红移,可以归因于行星风。我们使用活性指示线作为对照,但没有发现过量吸收。然而,我们确实注意到这些控制线上的中心-肢体变异(CLV)和Rossiter-McLaughlin(RM)效应所产生的信号。这突出了CLV+RM校正在正确推导透射光谱方面的重要性,如果不进行校正,在某些情况下可能类似于或抵消行星吸收。WASP-52 b是继HD 189733 b之后,第二个显示出过量H $α$吸收的非超热木星。未来针对非超热彗星的观测显示H $α…
Probing atmospheric escape through metastable He I triplet lines in 15 exoplanets observed with SPIRou
Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité(巴黎天文台,巴黎文理研究大学,法国国家科学研究中心,索邦大学,巴黎西岱大学);Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC)(安达卢西亚天体物理研究所);IRAP, Université de Toulouse, CNRS, UPS(图卢兹天体物理研究所);Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG(格勒诺布尔阿尔卑斯大学);Department of Physics, University of Oxford(牛津大学物理系);Département de Physique, Institut Trottier de Recherche sur les Exoplanètes, Université de Montréal(蒙特利尔大学特罗蒂尔系外行星研究所)