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Espectroscopía de transmisión del exoplaneta de la zona habitable LHS 1140 b utilizando JWST/NIRISS.

Espectroscopía de transmisión del exoplaneta de la zona habitable LHS 1140 b utilizando JWST/NIRISS.

El cruce espectral se adapta a LHS 1140 b para la Visita 1 (UT2023-12-01, izquierda) y Visita 2 (UT2023-12-26, derecha) y LHS 1140 c solo para la Visita 2. Las curvas de luz de banda ancha («blanca») se muestran en los paneles superiores con el modelo completo de mejor ajuste (transitorios + regularidades) mostrado en negro y el componente regular solo en rosa (a una escala de 10× para mayor claridad). Para ambas visitas, se representan ejemplos de 10 contenedores espectrales corregidos científicamente con puntos de colores en los paneles inferiores. — Doctorado en Astronomía EP

LHS 1140 b es el segundo planeta templado en tránsito más cercano a la Tierra con una temperatura de equilibrio lo suficientemente baja como para soportar agua líquida en la superficie.

A 1,730±0,025 RLHS 1140 b se encuentra dentro del valle radial que separa H2– Pequeños y ricos Neptunos de supertierras rocosas. Revisiones recientes de la masa y el radio indican que la densidad aparente es mucho menor de lo esperado para un interior rocoso similar a la Tierra, lo que sugiere que LHS 1140 b podría ser un mini-Neptuno con una pequeña envoltura de hidrógeno (~0,1% en masa) o un mundo acuático. (9-19% agua en masa).

La caracterización atmosférica mediante espectroscopia de transmisión permite distinguir fácilmente entre estos dos escenarios. Aquí presentamos dos observaciones de tránsito JWST/NIRISS de LHS 1140 b, una de las cuales captura un tránsito coincidente de LHS 1140 c. El espectro de transmisión combinado de LHS 1140 b muestra una firma espectral clara del ojo no oculto (5,8 σ), que cubre aproximadamente el 20% de la superficie estelar visible. Además de las totalidades, nuestro análisis de recuperación espectral revela evidencia tentativa de características espectrales residuales, que se ajustan mejor a la dispersión de Rayleigh de la atmósfera dominada por N2 (2,3 σ), independientemente de la neblina atmosférica.

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También mostramos a través de modelos climáticos globales (GCM) que H2– Se excluyeron las atmósferas ricas en diferentes composiciones (100×, 300×, 1000× metales solares) hasta >10 σ. Los cálculos del GCM predicen que las nubes de agua se forman debajo de la fotosfera de tránsito, lo que limita su influencia en los datos de transporte. Nuestras observaciones indican que LHS 1140 b no tiene aire o, más probablemente, está rodeado por una atmósfera de alto peso molecular. Tenemos evidencia tentativa para N2La rica atmósfera proporciona una fuerte motivación para futuras observaciones de espectroscopía de transmisión de LHS 1140 b.

En la Figura 2 se muestra un espectro combinado de contaminación estelar corregida de LHS 1140 b utilizando la solución de mejor ajuste. Los puntos negros están agrupados en R ∼ 20 mientras que los puntos grises están agrupados en R ∼ 100 más alto. Las líneas discontinuas representan modelos avanzados basados ​​en GCM de la atmósfera reducida de Neptuno (mineralogía solar de 100×, 300×, 1000×) y líneas continuas para los GCM del mundo acuático de Cadieux et al. (2024) para una atmósfera similar a la Tierra (1 bar N2, 400 ppm CO2) y una atmósfera de CO2 puro a 5 bar. La atmósfera rica en H2 de LHS 1140 b es formalmente rechazada (>10σ) por los datos de NIRISS/SOSS. Una solución plana (por ejemplo, un mundo acuático o un planeta sin aire) proporciona un ajuste significativamente mejor, pero un χ — astro-ph.EP 2 bajo de 1,75 puede indicar una subestimación de las barras de error, una corrección TLS incompleta o la presencia de características residuales espectrales. (por ejemplo, pendiente). Una tendencia lineal clara con una pendiente de aproximadamente 40 ppm en el dominio NIRISS (línea verde punteada) mejora el ajuste (χ 2 ν = 1,72), pero nuestros GCM no la predicen. — Doctorado en Astronomía EP

Velocidad de escape – diagrama planetario para exoplanetas pequeños (Rp ⊕). La “costa cósmica” experimental (S ∝v4 esc) de Zahnle & Catling (2017) basada en objetos del Sistema Solar se representa en naranja con una envolvente aleatoria para enfatizar la incertidumbre sobre los tipos espectrales. El tamaño de los puntos de datos se cuantifica mediante espectroscopía de transmisión y emisión (Kempton et al. 2018) para resaltar los objetivos preferidos para la caracterización atmosférica de JWST. Se anotan los objetivos con S⊕ o TSM/ESM por encima del percentil 90. El sistema TRAPPIST-1 se abrevia como «T-1». La zona habitable optimista (Marte temprano/Venus moderno) identificada por Kopparapu et al. (2013) se muestra en verde (una aproximación del rango de tipos espectrales). Con su velocidad de escape relativamente alta y su estrella baja, es probable que LHS 1140 b retenga atmósfera. — Doctorado en Astronomía EP

Charles Cadieux, René Doyon, Ryan J. MacDonald, Martin Torbet, Etienne Artigao, Olivia Lim, Michael Radica, Thomas J. Alexandrine Lorioux, Caroline Piolet, Björn Beneke, Ryan Cloutier, Benjamin Charney, Neil J. Cook, Marilou Fournier Tondreau, Mykhailo Plotnikov, Diana Valencia

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Comentarios: 26 páginas, 14 figuras, 3 tablas, aceptado para publicación en ApJL
Temas: La Tierra y la astrofísica planetaria (astro-ph.EP)
Citar como: arXiv:2406.15136 [astro-ph.EP] (O arXiv:2406.15136v1 [astro-ph.EP] para esta versión)
Día de entrega
Por: Charles Cadieux
[v1] Viernes 21 de junio de 2024, 13:34:19 UTC (7988 KB)
https://arxiv.org/abs/2406.15136
astrobiología, astronomía,