Transmission$Spectroscopy$ Exoplanet)Transit)Event)) Towards)Earth) - - PowerPoint PPT Presentation

Hot$$ Exoplanet$ Atmospheres$ Resolved$with$ Transit$ Spectroscopy$

Aurélien)Wy,enbach))

Christophe)Lovis,)David)Ehrenreich,) Kevin)Heng,)Stéphane)Udry,)Francesco)Pepe)

Exoplanet)Transit)Event)) Towards)Earth)

Transmission$Spectroscopy$

Str(λ) = 2πRpz(λ) πR2

s

Seager)&)Sasselov)2000;)Images:)Wikipedia,)ESA)

Probing$the$exoplanet$ atmospheres$during$transits$

z(λ) = H[ln σ(λ) + cste]

Str(λ) = 2πRpz(λ) πR2

s

HydrostaLc)equilibrium)&)Ideal)gas)law:) OpLcal)depth)&)Sightline)&)HydrostaLc)equilibrium):) Geometry:)

Exoplanet$Atmosphere$Signals$

z(λ) = H[ln σ(λ) + cste]

∆Str(λ) ' 10Rp R2

s

kT µg

Transmission$Spectroscopy$in$the$Optical$$

Na,K,H2,TiO,VO,…)

UV) OpLcal) IR)

H,O,Mg,C,…) H2O,CO,CH4,CO2,…)

+HI)) +)CII,)OII,)MgI,)Sc,)Ca,)…)

High)alLtude) low)alLtude)

Exoplanet$Atmosphere$Observations$

Huitson)2012) HD189733b)

∆Str(λ) ' 10Rp R2

s

kT µg

Exoplanet$Atmosphere$Observations$

HST/STIS)observaLon:)HD209458(Charboneau+02,Sing+08);)HD189733(Huitson+12);)HAT`P`1(Nikolov+13);)WASP`6(Nikolov+14);)WASP`31(Sing+14))

See)Nikolov’s)talk)

Transmission$spectroscopy$with$HARPS$

• Idea:)use)the)remarkable)data)in)the)archive)(for)free))

)

• Benefit)from)the)high`resoluLon)and)stability)of)the)instrument)

The)Rossiter`Mc`Laughlin) effect)on)HD189733)

• berved)with)HARPS)

during)3)transits)

Transmission$spectroscopy$with$HARPS$

• From)the)ground)the)spectra)bear)

the)imprint)of)telluric)lines)

• This)brings)spurious)signals)in)the)

transmission)spectra)that)have)to) be)corrected)

Transmission$spectroscopy$with$HARPS$

The)radial)velocity)of)the)planet) changes)the)place)of)the)absorpLon) Stellar)Spectrum) Planetary)AbsorpLon)

Transmission$spectroscopy$with$HARPS$

Differen/al)Spectroscopy:)7`10)σ)detecLon)of)Sodium)in)HD189733)b)(with)3)Transits))

Wy,enbach)et)al.)2015)(aa25729`15))

Spectrum) Light)Curve)

Transmission$spectroscopy$with$HARPS$

η)models) ResoluLon)

Absorption$Depth$Signal:$ Resolution$deAinitely$matter$

Wy,enbach)et)al.)2015)(aa25729`15))

Resolving$the$signal:$$ aeronomic$properties$

Wy,enbach)et)al.)2015)(aa25729`15))

The$HARPS/CN$Atmospheric$Survey$

Wy,enbach)et)al.)2015)(in)prép.))

Measuring)the)sodium)absorpLon)on)Rossiter`McLaughlin)targets)in)the)archive) 1σ) `1σ)

• ComparaLve)exoplanetology)
• Exploring)the)parameters)
• Repeatability)

The$HARPS/CN$Atmospheric$Survey$

The$HARPS/CN$Atmospheric$Survey$

DerivaLon)of)detecLon)limit)&)Candidates)

Wy,enbach)et)al.)2015)(in)prép.))

2)Trumps:) HEARTS) SPADES) (HARPS`N)) (HARPS)) =>)New)observaLonal)programs)with) )

Transmission$Spectroscopy$in$the$Optical$$

PossibiliLes:)

• Survey)aeronomic)properLes)
• Inventoriate)chemical)composiLons)
• Atmospheric)evoluLon)

InstrumentaLon:)

• High`ResoluLon)(is)really)be,er))
• High`Stability)(is)be,er))
• Fiber`fed)(is)be,er))

) Going)further:)

• Combining)low`resoluLon)with)high`resoluLon)
• ConnecLng)the)upper)atmosphere)with)the)lower)atmosphere)
• A)complete)top`down)understanding)(Star)&)Planet))

)))))(ReducLon,)Stellar)variability/effect,)Transmission,)RotaLon,)…)) )

Transit$Spectroscopy$ are$very$successful$observations$

e.g.)with)HD189733b:)

• Rossiter`McLaughlin)effect)(Triaud)et)al.)2009))
• Line`profile)tomography)(Collier`Cameron)et)al.)2010))
• Transmission)Spectroscopy:)
• Sodium)(Wy,enbach)et)al.)2015))
• Rayleigh)sca,ering)(Di)Gloria)et)al.)2015))
• More)to)come)(work)in)progress…))
• Planet`as`a`probe)to)stellar)granulaLon)and)acLvity )

))) (Cegla,)Lovis,)Bourrier)et)al.)2015,)in)prép.))

• …?)

See)Di)Gloria’s)talk)

Futur$possibilities$with$ESPRESSO$

«)Sodium)detecLon) with)ESPRESSO) in)the)atmosphere)of) a)warm)jupiter) around)a)V=5.5) magnitude)star)») Stack)of)the)HARPS)spectra:) SNR)up)to)10000)per)pixel)is)reachable)

TESS) PLATO)2.0) NGTS) CHEOPS) K2)

Thousands$of$exoplanets$ for$atmospheric$characterisation…$ $ $…ESPRESSO$is$the$new$trump$card!$