Detekce atmosfér exoplanet

Bc. Jiří Žák

Master's thesis

Detection of exoplanetary atmospheres

Abstract:

Metodou transmisní spektroskopie můžeme studovat chemické složení atmosfér tranzitujících exoplanet. To nám dovoluje studovat fyzikálně-chemické procesy v exoplanetárních atmosférách a umožnuje lépe porozumět formaci a evoluci planet. V této práci jsme zkoumali archivní spektroskopická data planet WASP-76b, WASP-127b, WASP-166b a KELT-11b z přístroje High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS). Porovnaním dat pořízených před a po tranzitu s daty pořízenými během tranzitu jsme získali spektrum planety bez přítomnosti stelárního spektra. Zkoumali jsme přítomnost sodíku (sodíkový dublet), vodíku (H$\alpha$, H$\beta$) a lithia (670.8 nm). Vliv hvězdné aktivity jsme monitorovali za použití Mg I a Ca I čar. Hlavním výsledkem práce je detekce sodíku v atmosféře planety WASP-76b na úrovni 7–9$\sigma$. V atmosféře WASP-127b jsme detekovali sodík na úrovni 4–8$\sigma$, čímž jsme nezávisle potvrdili přítomnost sodíku dříve zjištěnou metodou nízkodisperzní spektroskopie. Atmosféry planet KELT-11b a WASP-166b nevykazují přítomnost sodíku ani jiného zkoumaného prvku, což může být způsobeno hustými mraky ve vysokých vrstvách atmosféry. Na závěr jsme popsali dva připravované projekty pro další výzkum exoatmosfér.

Abstract:

The technique of transmission spectroscopy allows us to constrain the chemical composition of the atmospheres of transiting exoplanets. This gives us the chance to study the physicochemical processes in the exoplanetary atmospheres and improve our understanding of the formation and evolution of planets. We analyzed archival High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS) spectroscopic time series of four exoplanets, namely WASP-76b, WASP-127b, WASP-166b, and KELT-11b, searching for traces of sodium (sodium doublet), hydrogen (H$\alpha$, H$\beta$), and lithium (670.8~nm). Simultaneously, the stellar activity was monitored using the Mg I and Ca I lines. We detected sodium in the atmosphere of WASP-76b at a 7–9$\sigma$ level. Furthermore, we also report the detection of sodium in the atmosphere of WASP-127b at a 4–8$\sigma$ level of significance, confirming earlier results based on low-resolution spectroscopy. The data show no sodium nor any other studied element at high confidence levels for WASP-166b nor KELT-11b, hinting at the presence of thick high clouds. We finish with an outlook on how we want to move forward with exoatmosphere characterization by introducing two feasible projects in the near future.

Keywords

exoplanety, exoatmosféry, transmisní spektroskopie, sodík, Exoplanets, Exoatmospheres, transmission spectroscopy, sodium

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 6. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 29. 6. 2020
• Supervisor: Mgr. Marek Skarka, Ph.D.
• Reader: Dr. Eike Guenther

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Physics / Theoretical Physics and Astrophysics