本文采用多普勒层析分析热木星 HD 179949 b,在多个红外波段确认并新发现 CO 与 H2O 信号,且噪声低于互相关法,首次给出夜侧分子吸收证据。
摘要:
高分辨率多普勒光谱学为研究凌星和非凌星行星的大气提供了一条途径。这一强大方法还产生了迄今为止一些最可靠的大气探测结果。目前,高分辨率多普勒光谱学通过将观测数据与模型大气光谱进行互相关来探测大气信号。该技术已成功探测到 H2O、CO、HCN 和 TiO 等多种分子,以及若干原子物种。在这里,我们提出一种执行高分辨率多普勒光谱学的替代方法,使用一种称为多普勒层析的技术。我们利用多普勒层析对 HD 179949 b 进行分析,并给出多普勒层析图,证实了此前在 HD 179949 b 大气中于 2.3 微米处对 CO,以及在 2.3 微米和 3.5 微米处对 H2O 的探测;与应用于相同数据的互相关方法相比,这些结果显示出显著更低的背景噪声水平。我们还提出了在 2.1 微米处对 H2O 的新探测,以及在 2.3 微米处对行星夜侧 CO 的试探性探测。这代表了利用多普勒光谱学获得的关于系外行星夜侧发射光谱中分子吸收的首个观测证据。
英文摘要:
High-resolution Doppler spectroscopy provides an avenue to study the atmosphere of both transiting and non-transiting planets. This powerful method has also yielded some of the most robust atmospheric detections to date. Currently, high-resolution Doppler spectroscopy detects atmospheric signals by cross-correlating observed data with a model atmospheric spectrum. This technique has been successful in detecting various molecules such as H2O, CO, HCN and TiO, as well as several atomic species. Here we present an alternative method of performing high-resolution Doppler spectroscopy, using a technique known as Doppler tomography. We present an analysis of HD 179949 b using Doppler tomography and provide Doppler tomograms confirming previous detections of CO at 2.3 microns, and H2O at both 2.3 microns, and 3.5 microns within the atmosphere of HD 179949 b, showing significantly lower background noise levels when compared to cross-correlation methods applied to the same data. We also present a novel detection of H2O at 2.1 microns, as well as a tentative detection of CO on the night side of the planet at 2.3 microns. This represents the first observational evidence for molecular absorption in the night-side emission spectrum of an exoplanet using Doppler spectroscopy.
Characterising transiting exoplanets at long orbital period: lessons learned for PLATO from 10 years of monitoring the HIP41378 system
Univ. Grenoble Alpes(格勒诺布尔阿尔卑斯大学);CNRS(法国国家科学研究中心);IPAG(天体物理学与行星学研究所);Aix Marseille Univ(艾克斯-马赛大学);CNES(法国国家空间研究中心);LAM(拉奥朗实验室);Department of Astronomy, University of Geneva(日内瓦大学天文系)
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。
Discovering and Characterising Exoplanets and Ultracool Dwarfs with the Square Kilometre Array
University of Amsterdam(阿姆斯特丹大学);ASTRON, The Netherlands Institute for Radio Astronomy(荷兰射电天文研究所);Observatoire de Paris(巴黎天文台);National Astronomical Observatory of Japan(日本国立天文台);University of Tokyo(东京大学);California Institute of Technology(加州理工学院);University of Colorado Boulder(科罗拉多大学博尔德分校);University of Groningen(格罗宁根大学)
The power of polarimetry for characterising exoplanet atmospheres, clouds, and surfaces with NASA's Habitable Worlds Observatory
University of Bristol(布里斯托大学);University of Oxford(牛津大学);University of Exeter(埃克塞特大学);The Open University(开放大学);University of Edinburgh(爱丁堡大学);Leiden Observatory(莱顿天文台);Delft University of Technology(代尔夫特理工大学)
Line-profile tomography of exoplanet transits I: The Doppler shadow of HD 189733b
我们提出了一个直接的方法隔离的星光的组成部分,被行星阻挡,因为它的过境其宿主恒星,并将其应用到光谱的明亮过境行星HD 189733b。我们模拟的恒星交叉关联函数的全球形状的边缘变暗的旋转配置文件和高斯代表的多普勒核心的平均光球线轮廓的卷积。在凌日期间被行星阻挡的光是具有相同固有宽度的高斯,其穿过线轮廓的轨迹产生失准角的精确测量和v sin I的独立测量。我们表明,即使当v sin我是小于内在的线轮廓的宽度,旅行多普勒“阴影”的行星投下创建一个可识别的扭曲的线轮廓,这是服从直接建模。直接测量丢失的星光的轨迹产生自洽的措施,预计恒星旋转速率,平均本地光球线轮廓的固有宽度,预计自旋轨道失调角,和系统的质心速度。结合光度旋转周期,结果给出了一个几何测量的恒星半径,这与从高精度的过境测光得到的值,如果少量的差分旋转存在于恒星光球。
Towards Extremely Precise Radial Velocities: I. Simulated Solar Spectra for Testing Exoplanet Detection Algorithms
最近和即将推出的稳定光谱仪正在推动多普勒光谱学的前沿,以检测和表征低质量行星。这些仪器的规格是如此令人印象深刻,以至于恒星的固有变化预计会限制它们对大多数目标恒星的多普勒精度(Fischer et al. 2016)。为了充分发挥它们的潜力,天文学家必须开发新的策略来区分真实的多普勒频移和恒星的内在变化。由于恒星黑子、光斑和其他与旋转相关的变化,恒星的变化特别令人担忧,因为恒星的旋转周期通常包括在潜在的行星轨道周期范围内。为了通过多普勒行星调查稳健地探测和准确地描述低质量行星的特征,系外行星界必须开发能够联合建模行星扰动和恒星固有变化的统计模型。为了实现这一目标,本文介绍了用SOAP 2.0(arXiv:1409.3594)创建的极高分辨率的太阳光谱的模拟,其中包括多个不断变化的恒星斑点。我们预计这组数据将有助于未来的研究开发,测试和比较统计方法测量物理径向速度之间的污染恒星的变化。
Detecting Exomoons Via Doppler Monitoring of Directly Imaged Exoplanets
最近,Teachey,Kipping和Schmitt(2018)报告了在开普勒领域的一颗巨行星周围探测到一颗候选系外卫星,暂时命名为Kepler-1625 b I。这颗候选系外卫星的大小和质量与海王星相当,比我们太阳系中的任何一颗卫星都要大得多,如果得到证实,它将成为新一类巨型卫星或双行星中的第一颗。受开普勒-1625b行星和卫星系统中大质量比的启发,我们通过多普勒光谱研究了直接成像的系外行星周围类似大质量系外卫星的可探测性。开普勒-1625b周围的候选卫星将在其母行星上产生约200米/秒的径向速度信号,足够大,可以用当前或下一代仪器检测到直接成像的行星周围的类似卫星。除了寻找系外卫星,对直接成像的行星进行径向速度测量可以揭示行星自转轴的方向,从而有可能识别天王星类似物。
The Habitable-zone Planet Finder Detects a Terrestrial-mass Planet Candidate Closely Orbiting Gliese 1151: The Likely Source of Coherent Low-frequency Radio Emission from an Inactive Star
由LOFAR探测到的来自Gliese 1151(一颗静止的M4.5矮星)的相干低频无线电发射,其无线电发射特性与理论预期的地球大小的行星在1-5天轨道上的恒星-行星相互作用一致。来自麦克唐纳天文台10米霍比-埃伯利望远镜上的宜居带行星X(HPF)光谱仪的新的近红外径向速度,与HARPS-N以前的速度相结合,揭示了一个周期性的多普勒特征,与一颗轨道为2.02天的$m\sin i = 2.5 \pm 0.5 M_\oplus$系外行星一致。凌日系外行星勘测卫星(TESS)的精确测光显示没有耀斑或活动特征,与静止的M矮星一致。虽然在TESS数据中没有检测到行星凌日,但在$\sim2$日周期的测光中可以检测到弱的光度调制。这种用多普勒径向速度技术对候选行星信号的独立探测进一步增加了在无线电波长上首次探测到恒星-系外行星相互作用的权利,并有助于验证这种用于探测系外行星的新兴技术。
The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. Revisiting the GJ 581 multi-planetary system with new Doppler measurements from CARMENES, HARPS, and HIRES
Measurement of the Nodal Precession of WASP-33 b via Doppler Tomography
我们已经分析了新的和存档的时间序列光谱在热木星WASP-33 b的过境期间相隔六年,并通过光谱解决了罗西特-麦克劳克林效应引起的线轮廓扰动。这条线的轮廓扰动的运动是由行星的路径,通过恒星盘,我们已经改变了两个时代之间由于节点进动的行星轨道。我们分别测量了碰撞参量的变化率和$db/dt=-0.0228_{-0.0018}^{+0.0050}$ yr $^{-1}$和$dλ/dt=-0.487_{-0.076}^{+0.089}$ ~ $^{\circ}$ yr $^{-1}$的天空投影自旋轨道错位,对应于$dΩ/dt=0.373_{-0.083}^{+0.031}$ ~ $^{\circ}$ yr $^{-1}$的节进率。这仅仅是第二次测量一颗经过单颗恒星的系外行星的节点岁差。最后,我们用岁差率来限制$9.4\times10^{-5}<J_2<6.1\times10^{-4}$的恒星引力四极矩。
Modeling Doppler Shifts in Radial-Velocity Data with Deep Learning toward Earth-mass Exoplanet Detection
Department of Astronomy, University of Geneva 51 chemin de Pegasi, 1290 Versoix, Switzerland. Instituto de Astrofı\'isica de Andaluc\'ia (CSIC), Glorieta de la Astronom\'ia s/n, E-18008 Granada, Spain. Institute of Space Sciences (CSIC), Carrer de Can Magrans s/n, E-08193 Barcelona, Spain. Department of Astronomy, University of Texas at Austin, 2515 Speedway, Austin, TX 78712, USA. Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade do Porto, CAUP, Rua das Estrelas, 4150-762 Porto, Portugal. Department of Physics, University of Oxford, OX13RH Oxford, UK.
Can the Long-Term Impact of Stellar M-Dwarf Flares Alter the Spectral Features of a Giant Gaseous Exoplanet?
SRON, Netherlands Institute for Space Research(荷兰空间研究所);Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica(中央研究院天文及天文物理研究所);Leiden Observatory, Leiden University(莱顿大学莱顿天文台)
SPORES-HWO. II. Companion Mass Limits and Updated Planet Properties for 120 Future Exoplanet Imaging Targets from 35 yr of Precise Doppler Monitoring
University of California, Berkeley(加州大学伯克利分校);McMaster University(麦克马斯特大学);University of California, Riverside(加州大学河滨分校);University of California, Santa Cruz(加州大学圣克鲁兹分校);Northwestern University(西北大学);Arizona State University(亚利桑那州立大学);Louisiana State University(路易斯安那州立大学);California Institute of Technology(加州理工学院);Yale University(耶鲁大学);The University of Arizona(亚利桑那大学);NASA Goddard Space Flight Center(美国宇航局戈达德太空飞行中心);University of Southern Queensland(昆士兰科技大学);University of Southern California(南加州大学)