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Is pi Men cs Atmosphere Hydrogen-dominated? Insights from a Non-detection of H I Ly alpha Absorption

Garcia Munoz, A. und Youngblood, A. und Fossati, L. und Gandolfi, D. und Cabrera Perez, Juan und Rauer, H (2020) Is pi Men cs Atmosphere Hydrogen-dominated? Insights from a Non-detection of H I Ly alpha Absorption. Astrophysical Journal Letters, 888 (2), L21. Institute of Physics (IOP) Publishing. doi: 10.3847/2041-8213/ab61ff. ISSN 2041-8205.

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Offizielle URL: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab61ff

Kurzfassung

Constraining the composition of super-Earth-to-sub-Neptune-sized planets is a priority in order to understand the processes of planetary formation and evolution. Pi Men c represents a unique target for the atmospheric and compositional characterization of such planets because it is strongly irradiated and its bulk density is consistent with abundant H2O. We searched for hydrogen from photodissociating H2/H2O in pi Men c s upper atmosphere through H i Ly alpha transmission spectroscopy with the Hubble Space Telescope Imaging Spectrograph, but did not detect it. We set 1 sigma (3 sigma) upper limits for the effective planet-to-star size ratio R Ly alpha /R sstarf = 0.13 (0.24) and 0.12 (0.20) at velocities [-215, -91] km s-1 and [+57, +180] km s-1, respectively. We reconstructed the stellar spectrum, and estimate that pi Men c receives about 1350 erg cm-2 s-1 of 5-912 Angstrom energy, enough to cause rapid atmospheric escape. An interesting scenario to explain the non-detection is that pi Men c s atmosphere is dominated by H2O or other heavy molecules rather than H2/He. According to our models, abundant oxygen results in less extended atmospheres, which transition from neutral to ionized hydrogen closer to the planet. We compare our non-detection to other detection attempts, and tentatively identify two behaviors: planets with densities lesssim2 g cm-3 (and likely hydrogen-dominated atmospheres) result in H i Ly alpha absorption, whereas planets with densities gsim3 g cm-3 (and plausibly non-hydrogen-dominated atmospheres) do not result in measurable absorption. Investigating a sample of strongly irradiated sub-Neptunes may provide some statistical confirmation if it is shown that they do not generally develop extended atmospheres.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/137206/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Is pi Men cs Atmosphere Hydrogen-dominated? Insights from a Non-detection of H I Ly alpha Absorption
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Garcia Munoz, A.Zentrum fuer Astronomie und Astrophysik, Technische Universitaet Berlin, Germanyhttps://orcid.org/0000-0003-1756-4825NICHT SPEZIFIZIERT
Youngblood, A.NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD 20771, USAhttps://orcid.org/0000-0002-1176-3391NICHT SPEZIFIZIERT
Fossati, L.Space Research Institute, Austrian Academy of Sciences, Schmiedlstrasse 6, A-8042 Graz, Austriahttps://orcid.org/0000-0003-4426-9530NICHT SPEZIFIZIERT
Gandolfi, D.Dipartimento di Fisica, Università di Torino, via P. Giuria 1, I-10125 Torino, Italyhttps://orcid.org/0000-0001-8627-9628NICHT SPEZIFIZIERT
Cabrera Perez, JuanJuan.Cabrera (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6653-5487NICHT SPEZIFIZIERT
Rauer, Hheike.rauer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:9 Januar 2020
Erschienen in:Astrophysical Journal Letters
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:888
DOI:10.3847/2041-8213/ab61ff
Seitenbereich:L21
Verlag:Institute of Physics (IOP) Publishing
ISSN:2041-8205
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Exoplanet atmospheres Aeronomy Ultraviolet astronomy Exoplanet atmospheric composition
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erforschung des Weltraums
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EW - Erforschung des Weltraums
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt PLATO (alt)
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung > Extrasolare Planeten und Atmosphären
Institut für Planetenforschung > Leitungsbereich PF
Hinterlegt von: Cabrera Perez, Juan
Hinterlegt am:06 Nov 2020 10:41
Letzte Änderung:06 Nov 2020 10:41

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