!"#$%&'()*$ # - - PowerPoint PPT Presentation

Jacob Bean! University of Chicago!

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Fundamental ¡Ques0ons ¡for ¡ Exoplanet ¡Atmospheres ¡

What ¡are ¡they ¡like? ¡ Where ¡did ¡they ¡come ¡from? ¡

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GJ 1214b!

Transmission ¡Spectroscopy ¡of ¡GJ1214b ¡ca. ¡2013 ¡

Previous ¡measurements ¡were ¡consistent ¡with ¡two ¡scenarios: ¡

• 1. High ¡mean ¡molecular ¡weight ¡atmosphere ¡(e.g., ¡100% ¡water ¡vapor) ¡
• 2. High-­‑al*tude ¡clouds ¡masking ¡transmission ¡below ¡cloud ¡al*tude ¡

New ¡Approach: ¡A ¡Super-­‑Earth ¡Deep ¡Field ¡

• Goal: ¡ ¡dis*nguish ¡between ¡

compe*ng ¡scenarios ¡for ¡GJ ¡1214b’s ¡ atmospheric ¡composi*on ¡

• Strategy: ¡ ¡15 ¡transit ¡observa*ons ¡

with ¡HST/WFC3 ¡in ¡spa*al ¡scan ¡ mode ¡

• Program ¡consisted ¡of ¡a ¡record ¡60 ¡
• rbits ¡ ¡

¡ ¡ ¡ ¡(≈ ¡4 ¡days ¡observing ¡*me) ¡ ¡ ¡ ¡

Kreidberg, ¡Bean, ¡et ¡al. ¡2014, ¡Nature ¡ ¡

GJ ¡1214b ¡has ¡a ¡cloudy ¡atmosphere ¡

• We ¡rule ¡out ¡cloud-­‑free ¡composi*ons ¡at ¡high ¡confidence ¡(e.g., ¡100% ¡H2O ¡at ¡16σ). ¡
• High-­‑al*tude ¡clouds ¡are ¡required ¡to ¡explain ¡the ¡spectrum. ¡
• The ¡first ¡exoplanet ¡spectrum ¡sensi*ve ¡to ¡an ¡Earth-­‑like ¡composi*on ¡atmosphere. ¡

Kreidberg, ¡Bean, ¡et ¡al. ¡2014, ¡Nature ¡ ¡

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7σ ¡detec*on ¡of ¡water ¡absorp*on ¡ Derived ¡water ¡abundance ¡is ¡1.2 ¡– ¡13.4 ¡*mes ¡solar ¡

Kreidberg, ¡Bean, ¡et ¡al., ¡in ¡prep ¡

Dayside ¡Emission ¡Spectrum ¡of ¡a ¡Hot ¡Jupiter ¡

HST ¡data ¡ previous ¡broadband ¡data ¡

WASP-­‑43b ¡

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Stevenson, Bean, et al., in prep!

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Fundamental ¡Ques0ons ¡for ¡ Exoplanet ¡Atmospheres ¡

What ¡are ¡they ¡like? ¡ Where ¡did ¡they ¡come ¡from? ¡

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N2-rich, trace H2O atmosphere!

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lH#m#[R]#lc# F#m#\]]#2# REAL DATA! SIMULATED DATA

Extra ¡Slides ¡

Stevenson, Bean, et al., in prep!

Advantages ¡of ¡High-­‑Precision ¡Spectroscopy ¡with ¡HST/WFC3 ¡

• Measured ¡transit ¡depths ¡are: ¡
• Consistent ¡over ¡all ¡epochs ¡
• Unbiased ¡by ¡stellar ¡ac*vity ¡
• Not ¡degenerate ¡with ¡limb ¡darkening ¡

¡

• Light ¡curve ¡residuals ¡are: ¡
• Gaussian ¡ ¡
• Uncorrelated ¡
• Within ¡10% ¡of ¡predicted ¡photon ¡shot ¡noise ¡
• Consistent ¡results ¡obtained ¡using ¡two ¡techniques ¡to ¡correct ¡for ¡instrument ¡

systema*cs ¡

¡

• Light ¡curve ¡fits ¡have ¡a ¡median ¡reduced ¡chi-­‑squared ¡of ¡1.02 ¡

Residuals ¡(ppm) ¡ Time ¡from ¡central ¡transit ¡(minutes) ¡

Owen ¡et ¡al. ¡1999, ¡Nature, ¡402,269 ¡ ¡

Jupiter ¡from ¡the ¡ Galileo ¡probe ¡

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