Transmissionsspektroskopie extrasolarer Planeten

• Antragsteller: Dr. Andreas Schweitzer, seit 7/2021
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 362051986

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das Projekt befasst sich mit hochauflösenden spektroskopischen Daten und deren Anwendungen im Kontext von extrasolaren Planetenatmosphären. Die Hauptdatenquellen sind der CARMENES Spektrograph am Calar-Alto-Observatorium in Spanien und der neue CRIRES+ Spektrograph der ESO am VLT. Beide Instrumente arbeiten hauptsächlich im nahinfraroten Bereich, wobei CARMENES auch den roten Teil des sichtbaren Wellenlängenbereichs abdeckt. Um die extrem schwachen Signale in den Transmissionsspektren von extrasolaren Planeten zu extrahieren, mussen die Daten sorgfältig verarbeitet werden. Eine der größten Herausforderungen ist die Behandlung von tellurischer Kontamination, die durch die Wechselwirkung zwischen der von Himmelskörpern emittierter Strahlung und der Erdatmosphäre entstehen. Eine neue Technik namens Template Division Telluric Modeling (TDTM) wurde entwickelt, um dieses Problem effektiv zu beheben. TDTM ist in der Lage tellurische und stellare Spektralkomponenten zu trennen und wurde bereits in die CARMENES-Datenreduktionspipeline integriert. Mit der Einführung und Anwendung dieser tellurischen Korrektur wurden bedeutende Fortschritte auf dem Gebiet der Charakterisierung von Exoplanetenatmosphären möglich gemacht. Zu eingehenden Analysen von Planetenatmosphären mittels Transmissionsspektroskopie von Atomlinien wie der Ha Balmer-Linie, dem Helium I Triplett bei 1083 nm, und den Ca IRT Linien konnte beigetragen werden, wie beispielsweise in den Fällen von HAT-P-32b, GJ 1214b und WASP-76b. Darüber hinaus konnten weitere Beiträge zu zahlreichen weiteren publizierten Studien im Bereich der planetaren und stellaren Spektroskopie geleistet werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Detection of the hydrogen Balmer lines in the ultra-hot Jupiter WASP-33b. Astronomy & Astrophysics, 645(c(2020, 12, 22)), A22.
  Yan, F.; Wyttenbach, A.; Casasayas-Barris, N.; Reiners, A.; Pallé, E.; Henning, Th.; Mollière, P.; Czesla, S.; Nortmann, L.; Molaverdikhani, K.; Chen, G.; Snellen, I. A. G.; Zechmeister, M.; Huang, C.; Ribas, I.; Quirrenbach, A.; Caballero, J. A.; Amado, P. J.; Cont, D.; ... & Stangret, M.
  
• A Multiwavelength Look at the GJ 9827 System: No Evidence of Extended Atmospheres in GJ 9827b and d from HST and CARMENES Data. The Astronomical Journal, 161(3), 136.
  Carleo, Ilaria; Youngblood, Allison; Redfield, Seth; Barris, Nuria Casasayas; Ayres, Thomas R.; Vannier, Hunter; Fossati, Luca; Palle, Enric; Livingston, John H.; Lanza, Antonino F.; Niraula, Prajwal; Alvarado-Gómez, Julián D.; Chen, Guo; Gandolfi, Davide; Guenther, Eike W.; Linsky, Jeffrey L.; Nagel, Evangelos; Narita, Norio; Nortmann, Lisa; ... & Stangret, Monika
  
• CARMENES detection of the Ca II infrared triplet and possible evidence of He I in the atmosphere of WASP-76b. Astronomy & Astrophysics, 654(c(2021, 10)), A163.
  Casasayas-Barris, N.; Orell-Miquel, J.; Stangret, M.; Nortmann, L.; Yan, F.; Oshagh, M.; Palle, E.; Sanz-Forcada, J.; López-Puertas, M.; Nagel, E.; Luque, R.; Morello, G.; Snellen, I. A. G.; Zechmeister, M.; Quirrenbach, A.; Caballero, J. A.; Ribas, I.; Reiners, A.; Amado, P. J.; ... & Sedaghati, E.
  
• Detection of Fe and evidence for TiO in the dayside emission spectrum of WASP-33b. Astronomy & Astrophysics (c(2021, 5, 19)).
  Cont, D.; Yan, F.; Reiners, A.; Casasayas-Barris, N.; Mollière, P.; Pallé, E.; Henning, Th.; Nortmann, L.; Stangret, M.; Czesla, S.; López-Puertas, M.; Sánchez-López, A.; Rodler, F.; Ribas, I.; Quirrenbach, A.; Caballero, J. A.; Amado, P. J.; Carone, L.; Khaimova, J. & al, et
  
• Hα and He I absorption in HAT-P-32 b observed with CARMENES. Astronomy & Astrophysics, 657(c(2021, 12, 20)), A6.
  Czesla, S.; Lampón, M.; Sanz-Forcada, J.; García Muñoz, A.; López-Puertas, M.; Nortmann, L.; Yan, D.; Nagel, E.; Yan, F.; Schmitt, J. H. M. M.; Aceituno, J.; Amado, P. J.; Caballero, J. A.; Casasayas-Barris, N.; Henning, Th.; Khalafinejad, S.; Molaverdikhani, K.; Montes, D.; Pallé, E.; ... & Zechmeister, M.
  
• Modelling the He I triplet absorption at 10 830 Å in the atmospheres of HD 189733 b and GJ 3470 b. Astronomy & Astrophysics, 647(c(2021, 3)), A129.
  Lampón, M.; López-Puertas, M.; Sanz-Forcada, J.; Sánchez-López, A.; Molaverdikhani, K.; Czesla, S.; Quirrenbach, A.; Pallé, E.; Caballero, J. A.; Henning, T.; Salz, M.; Nortmann, L.; Aceituno, J.; Amado, P. J.; Bauer, F. F.; Montes, D.; Nagel, E.; Reiners, A. & Ribas, I.
  
• Probing the atmosphere of WASP-69 b with low- and high-resolution transmission spectroscopy. Astronomy & Astrophysics, 656(c(2021, 12)), A142.
  Khalafinejad, S.; Molaverdikhani, K.; Blecic, J.; Mallonn, M.; Nortmann, L.; Caballero, J. A.; Rahmati, H.; Kaminski, A.; Sadegi, S.; Nagel, E.; Carone, L.; Amado, P. J.; Azzaro, M.; Bauer, F. F.; Casasayas-Barris, N.; Czesla, S.; von Essen, C.; Fossati, L.; Güdel, M.; ... & Zechmeister, M.
  
• The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. Astronomy & Astrophysics, 654(c(2021, 10)), A118.
  Shan, Y.; Reiners, A.; Fabbian, D.; Marfil, E.; Montes, D.; Tabernero, H. M.; Ribas, I.; Caballero, J. A.; Quirrenbach, A.; Amado, P. J.; Aceituno, J.; Béjar, V. J. S.; Cortés-Contreras, M.; Dreizler, S.; Hatzes, A. P.; Henning, Th.; Jeffers, S. V.; Kaminski, A.; Kürster, M.; ... & Zechmeister, M.
  
• The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. Astronomy & Astrophysics, 656(c(2021, 12)), A162.
  Marfil, E.; Tabernero, H. M.; Montes, D.; Caballero, J. A.; Lázaro, F. J.; González Hernández, J. I.; Nagel, E.; Passegger, V. M.; Schweitzer, A.; Ribas, I.; Reiners, A.; Quirrenbach, A.; Amado, P. J.; Cifuentes, C.; Cortés-Contreras, M.; Dreizler, S.; Duque-Arribas, C.; Galadí-Enríquez, D.; Henning, Th.; ... & Zechmeister, M.
  
• Wolf 503 b: Characterization of a Sub-Neptune Orbiting a Metal-poor K Dwarf. The Astronomical Journal, 162(6), 238.
  Polanski, Alex S.; Crossfield, Ian J. M.; Burt, Jennifer A.; Nowak, Grzegorz; López-Morales, Mercedes; Mortier, Annelies; Poretti, Ennio; Behmard, Aida; Benneke, Björn; Blunt, Sarah; Bonomo, Aldo S.; Butler, R. Paul; Chontos, Ashley; Cosentino, Rosario; Crane, Jeffrey D.; Dumusque, Xavier; Fulton, Benjamin J.; Ghedina, Adriano; Gorjian, Varoujan; ... & Weiss, Lauren M.
  
• A multi-planetary system orbiting the early-M dwarf TOI-1238. Astronomy & Astrophysics, 658(c(2022, 2)), A138.
  González-Álvarez, E.; Zapatero Osorio, M. R.; Sanz-Forcada, J.; Caballero, J. A.; Reffert, S.; Béjar, V. J. S.; Hatzes, A. P.; Herrero, E.; Jeffers, S. V.; Kemmer, J.; López-González, M. J.; Luque, R.; Molaverdikhani, K.; Morello, G.; Nagel, E.; Quirrenbach, A.; Rodríguez, E.; Rodríguez-López, C.; Schlecker, M.; ... & Winn, J. N.
  
• A tentative detection of He I in the atmosphere of GJ 1214 b. Astronomy & Astrophysics, 659(c(2022, 3)), A55.
  Orell-Miquel, J.; Murgas, F.; Pallé, E.; Lampón, M.; López-Puertas, M.; Sanz-Forcada, J.; Nagel, E.; Kaminski, A.; Casasayas-Barris, N.; Nortmann, L.; Luque, R.; Molaverdikhani, K.; Sedaghati, E.; Caballero, J. A.; Amado, P. J.; Bergond, G.; Czesla, S.; Hatzes, A. P.; Henning, Th.; ... & Zapatero Osorio, M. R.
  
• Atmospheric characterization of the ultra-hot Jupiter WASP-33b. Astronomy & Astrophysics, 668(c(2022, 12)), A53.
  Cont, D.; Yan, F.; Reiners, A.; Nortmann, L.; Molaverdikhani, K.; Pallé, E.; Henning, Th.; Ribas, I.; Quirrenbach, A.; Caballero, J. A.; Amado, P. J.; Czesla, S.; Lesjak, F.; López-Puertas, M.; Mollière, P.; Montes, D.; Morello, G.; Nagel, E.; Pedraz, S. & Sánchez-López, A.
  
• Detection of iron emission lines and a temperature inversion on the dayside of the ultra-hot Jupiter KELT-20b. Astronomy & Astrophysics, 659(c(2022, 2, 25)), A7.
  Yan, F.; Reiners, A.; Pallé, E.; Shulyak, D.; Stangret, M.; Molaverdikhani, K.; Nortmann, L.; Mollière, P.; Henning, Th.; Casasayas-Barris, N.; Cont, D.; Chen, G.; Czesla, S.; Sánchez-López, A.; López-Puertas, M.; Ribas, I.; Quirrenbach, A.; Caballero, J. A.; Amado, P. J.; ... & Zechmeister, M.
  
• Magnetism, rotation, and nonthermal emission in cool stars. Astronomy & Astrophysics, 662(c(2022, 6)), A41.
  Reiners, A.; Shulyak, D.; Käpylä, P. J.; Ribas, I.; Nagel, E.; Zechmeister, M.; Caballero, J. A.; Shan, Y.; Fuhrmeister, B.; Quirrenbach, A.; Amado, P. J.; Montes, D.; Jeffers, S. V.; Azzaro, M.; Béjar, V. J. S.; Chaturvedi, P.; Henning, Th.; Kürster, M. & Pallé, E.
  
• Probable dormant neutron star in a short-period binary system. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 517(3), 4005-4021.
  Mazeh, Tsevi; Faigler, Simchon; Bashi, Dolev; Shahaf, Sahar; Davidson, Niv; Green, Matthew; Gomel, Roy; Maoz, Dan; Sussholz, Amitay; Dong, Subo; Zhang, Haotong; Liu, Jifeng; Wang, Song; Luo, Ali; Zheng, Zheng; Hallakoun, Na’ama; Perdelwitz, Volker; Latham, David W.; Ribas, Ignasi; ... & Winn, Joshua N.
  
• Silicon in the dayside atmospheres of two ultra-hot Jupiters. Astronomy & Astrophysics, 657(c(2022, 1)), L2.
  Cont, D.; Yan, F.; Reiners, A.; Nortmann, L.; Molaverdikhani, K.; Pallé, E.; Stangret, M.; Henning, Th.; Ribas, I.; Quirrenbach, A.; Caballero, J. A.; Zapatero Osorio, M. R.; Amado, P. J.; Aceituno, J.; Casasayas-Barris, N.; Czesla, S.; Kaminski, A.; López-Puertas, M.; Montes, D.; ... & Zechmeister, M.
  
• The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. Astronomy & Astrophysics, 657(c(2022, 1)), A125.
  Fuhrmeister, B.; Czesla, S.; Nagel, E.; Reiners, A.; Schmitt, J. H. M. M.; Jeffers, S. V.; Caballero, J. A.; Shulyak, D.; Johnson, E. N.; Zechmeister, M.; Montes, D.; López-Gallifa, Á.; Ribas, I.; Quirrenbach, A.; Amado, P. J.; Galadí-Enríquez, D.; Hatzes, A. P.; Kürster, M.; Danielski, C.; ... & Zapatero Osorio, M. R.
  
• TOI-1468: A system of two transiting planets, a super-Earth and a mini-Neptune, on opposite sides of the radius valley. Astronomy & Astrophysics, 666(c(2022, 10)), A155.
  Chaturvedi, P.; Bluhm, P.; Nagel, E.; Hatzes, A. P.; Morello, G.; Brady, M.; Korth, J.; Molaverdikhani, K.; Kossakowski, D.; Caballero, J. A.; Guenther, E. W.; Pallé, E.; Espinoza, N.; Seifahrt, A.; Lodieu, N.; Cifuentes, C.; Furlan, E.; Amado, P. J.; Barclay, T.; ... & Zechmeister, M.
  
• CRIRES+ detection of CO emissions lines and temperature inversions on the dayside of WASP-18b and WASP-76b. Astronomy & Astrophysics, 672(c(2023, 4)), A107.
  Yan, F.; Nortmann, L.; Reiners, A.; Piskunov, N.; Hatzes, A.; Seemann, U.; Shulyak, D.; Lavail, A.; Rains, A. D.; Cont, D.; Rengel, M.; Lesjak, F.; Nagel, E.; Kochukhov, O.; Czesla, S.; Boldt-Christmas, L.; Heiter, U.; Smoker, J. V.; Rodler, F.; ... & Stempels, E.