Que a água esteja com você: as características de emissão do Kelt-20b

Título: Strong H2O and CO emission features in the spectrum of KELT-20b driven by stellar UV irradiation

Autores: Guangwei Fu, David K. Sing, Joshua D. Lothringer, Drake Deming, Jegug Ih, Eliza Kempton, Matej Malik, Thaddeus D. Komacek, Megan Mansfield, Jacob L. Bean

Instituição do primeiro autor: University of Maryland, EUA

Status: Aceito para para publicação no ApJL, disponível no arxiv.

Existem vários fatores que determinam do que é feita a atmosfera de um exoplaneta. Os Júpiteres quentes, que são planetas gigantes gasosos que orbitam perto de suas estrelas (com um período < 10 dias!), têm atmosferas cuja composição pode ser determinada pela radiação intensa que recebem de sua estrela. Eles podem ter água em suas atmosferas desde que sua temperatura não seja muito alta: se estiver acima de 2800 K, a água se dissocia. Assim, se o planeta for muito quente, as características de emissão espectral da água tornam-se mais difíceis de detectar, pois há menos água devido a essa dissociação. Por outro lado, se a estrela hospedeira tiver uma temperatura elevada, as características de emissão espectrais da água tornam-se mais fáceis de detectar. Isso ocorre porque os óxidos metálicos nesses exoplanetas absorvem mais radiação da estrela, o que aquece a atmosfera do planeta e leva a um fenômeno chamado inversão térmica, em que as camadas superiores da atmosfera ficam mais quentes que as camadas inferiores. Assim, um planeta que orbita uma estrela quente (como uma estrela do tipo A) e tem baixas temperaturas diurnas deve ter fortes características de emissão para moléculas como água e monóxido de carbono.

Os autores do artigo de hoje analisaram as características de emissão do Kelt-20b (um Júpiter ultra-quente que orbita a apenas 0,0542 UA de sua estrela hospedeira) usando dados espectrais do TESS, WFC3/G141 do Telescópio Espacial Hubble e Spitzer. Eles descobriram que Kelt-20b tem fortes características de emissão para água (H2O) e monóxido de carbono (CO), provavelmente devido à combinação de uma estrela hospedeira quente do tipo A e uma baixa temperatura atmosférica diurna para o planeta (T < 2800 K), o que leva a uma forte inversão térmica na atmosfera do planeta.

Obtendo os Dados Espectrais do Kelt-20b

O espectro de emissão de Kelt-20b foi obtido usando espectroscopia de trânsito. Usando os dados combinados de três instrumentos, os autores analisam o espectro do Kelt-20b na faixa de comprimento de onda de 0,6 a 4,5 µm. O espectro de emissão do Kelt-20b é apresentado na Figura 1, juntamente com os modelos atmosféricos (um modelo de recuperação, que se ajusta ao melhor modelo atmosférico para seus dados, e um modelo direto, que computa os modelos atmosféricos a partir dos parâmetros iniciais e analisa quais dos parâmetros melhor se adequa aos dados) que determinam se o espectro é auto-consistente e concorda com a física de atmosferas. Na Figura 1, os modelos também mostram o perfil T-P (temperatura-pressão) do Kelt-20b. O evento de inversão térmica produziria uma temperatura mais alta em pressões menores (nas camadas superiores da atmosfera).

Figura 1. Esquerda: O espectro de Kelt-20b é apresentado em preto. O modelo de recuperação ATMO (roxo) e o modelo direto de Phoenix (rosa) mostram se os dados são fisicamente consistentes com os modelos teóricos atuais para atmosferas quentes de Júpiter. A linha cinza é um modelo de corpo negro a 2402 K. A região sombreada em azul representa as incertezas 1-\sigma no modelo ATMO. A característica de emissão de água é detectada em 1,4 µm e a linha de emissão de CO é detectada em 4,5 µm, o que pode ser notado pela diferença entre a linha cinza e as linhas de dados/modelo nesses comprimentos de onda. Direita: O perfil T-P do Kelt-20b é apresentado junto aos modelos. O perfil de inversão térmica de temperaturas mais altas em pressões mais baixas pode ser identificado em ambos modelos.

Comparando o espectro de emissão do Kelt-20b com o de outros Júpiteres Quentes

Os autores também compararam a força da linha de emissão de água e do CO do Kelt-20b com a de outros Júpiteres quentes. Para fazer essas comparações, eles usam a “métrica de força da característica da água”, chamada SH2O , que é uma métrica que compara a parte da água do espectro com as faixas circundantes. Se houver uma característica de absorção de água, espera-se que SH2O  seja positivo e se houver uma característica de emissão de água, espera-se que SH2O  seja negativo. O SH2O  do Kelt-20b é -0,097±0,02, que é uma característica de emissão de água muito grande.

Figura 2: As métricas de Kelt-20b são comparadas com modelos de Júpiteres quentes com temperaturas diurnas de 2677 K, 3184 K e 4500 K. Painel superior: a força da característica da água é mostrada em função da temperatura da estrela hospedeira. Kelt-20 b tem uma alta temperatura da estrela hospedeira e uma baixa temperatura atmosférica diurna, o que o coloca em um local único quando comparado a outros Júpiteres quentes. Painel inferior: Kelt-20b tem uma grande diferença entre a temperatura do corpo negro medida pelo WFC3/G141 e a banda de 4,5 µm do Spitzer, o que indica uma forte característica de emissão de CO quando comparado a outros Júpiteres quentes.

A comparação de CO foi feita usando as diferenças de detecção entre as bandas WFC3/G141 e Spitzer 4,5 µm: para um perfil de TP invertido, o Spitzer analisa uma região mais alta na atmosfera do que o WFC3/G141 do Hubble, então uma diferença maior nos dois valores indicaria uma inversão térmica mais forte e, portanto, uma característica de emissão de CO mais forte. Os resultados dessas comparações podem ser encontrados na Figura 2.

 Este trabalho nos mostra que a estrela hospedeira pode ter um grande impacto nas características de emissão atmosférica de um exoplaneta. Conhecer a estrela hospedeira dos exoplanetas adiciona um novo parâmetro para nos ajudar a entender as atmosferas dos exoplanetas e suas propriedades no futuro!

Deixe um comentário

Preencha os seus dados abaixo ou clique em um ícone para log in:

Logo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair /  Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair /  Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair /  Alterar )

Conectando a %s