Sulphur dioxide in the mid-infrared transmission spectrum of WASP-39b

Powell, Diana und Feinstein, Adina D. und Lee, Elspeth K. H. und Zhang, Michael und Tsai, Shang-Min und Taylor, Jake und Kirk, James und Bell, Taylor und Barstow, Joanna K. und Gao, Peter und Bean, Jacob L. und Blecic, Jasmina und Chubb, Katy L. und Crossfield, Ian J. M. und Jordan, Sean und Kitzmann, Daniel und Moran, Sarah E. und Morello, Giuseppe und Moses, Julianne I. und Welbanks, Luis und Yang, Jeehyun und Zhang, Xi und Ahrer, Eva-Maria und Bello-Arufe, Aaron und Brande, Jonathan und Casewell, S. L. und Crouzet, Nicolas und Cubillos, Patricio E. und Demory, Brice-Olivier und Dyrek, Achrène und Flagg, Laura und Hu, Renyu und Inglis, Julie und Jones, Kathryn D. und Kreidberg, Laura und López-Morales, Mercedes und Lagage, Pierre-Olivier und Meier Valdés, Erik A. und Miguel, Yamila und Parmentier, Vivien und Piette, Anjali A. A. und Rackham, Benjamin V. und Radica, Michael und Redfield, Seth und Stevenson, Kevin B. und Wakeford, Hannah R. und Aggarwal, Keshav und Alam, Munazza K. und Batalha, Natalie M. und Batalha, Natasha E. und Benneke, Björn und Berta-Thompson, Zach K. und Brady, Ryan P. und Caceres, Claudio und Carter, Aarynn L. und Désert, Jean-Michel und Harrington, Joseph und Iro, Nicolas und Line, Michael R. und Lothringer, Joshua D. und MacDonald, Ryan J. und Mancini, Luigi und Molaverdikhani, Karan und Mukherjee, Sagnick und Nixon, Matthew C. und Oza, Apurva V. und Palle, Enric und Rustamkulov, Zafar und Sing, David K. und Steinrueck, Maria E. und Venot, Olivia und Wheatley, Peter J. und Yurchenko, Sergei N. (2024) Sulphur dioxide in the mid-infrared transmission spectrum of WASP-39b. Nature. Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41586-024-07040-9. ISSN 0028-0836.

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Offizielle URL: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07040-9

Kurzfassung

The recent inference of sulphur dioxide (SO2) in the atmosphere of the hot (1100 K), Saturn-mass exoplanet WASP-39b from near-infrared JWST observations (1–3) suggests that photochemistry is a key process in high temperature exoplanet atmospheres (4). This is due to the low (<1 ppb) abundance of SO2 under thermochemical equilibrium, compared to that produced from the photochemistry of H2O and H2S (1-10 ppm) (4–9). However, the SO2 inference was made from a single, small molecular feature in the transmission spectrum of WASP-39b at 4.05 μm, and therefore the detection of other SO2 absorption bands at different wavelengths is needed to better constrain the SO2 abundance. Here we report the detection of SO2 spectral features at 7.7 and 8.5 μm in the 5–12 μm transmission spectrum of WASP-39b measured by the JWST Mid-Infrared Instrument (MIRI) Low Resolution Spectrometer (LRS) (10). Our observations suggest an abundance of SO2 of 0.5–25 ppm (1σ range), consistent with previous findings (4). In addition to SO2, we find broad water vapour absorption features, as well as an unexplained decrease in the transit depth at wavelengths longer than 10 μm. Fitting the spectrum with a grid of atmospheric forward models, we derive an atmospheric heavy element content (metallicity) for WASP-39b of ∼7.1–8.0 × solar and demonstrate that photochemistry shapes the spectra of WASP-39b across a broad wavelength range.

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Dokumentart:

Zeitschriftenbeitrag

Titel:

Sulphur dioxide in the mid-infrared transmission spectrum of WASP-39b

Autoren:

Autoren	Institution oder E-Mail-Adresse	Autoren-ORCID-iD	ORCID Put Code
Powell, Diana	Center for Astrophysics \| Harvard & Smithsonian, Cambridge, USA ; Department of Astronomy & Astrophysics, University of Chicago, Chicago, IL, USA	https://orcid.org/0000-0002-4250-0957	NICHT SPEZIFIZIERT
Feinstein, Adina D.	Department of Astronomy & Astrophysics, University of Chicago, Chicago, IL, USA ; Laboratory for Atmospheric and Space Physics, University of Colorado Boulder, UCB 600, Boulder, CO, USA	https://orcid.org/0000-0002-9464-8101	NICHT SPEZIFIZIERT
Lee, Elspeth K. H.	Center for Space and Habitability, University of Bern, Bern, Switzerland	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Zhang, Michael	Department of Astronomy & Astrophysics, University of Chicago, Chicago, IL, USA ; 51 Pegasi b fellow, Los Altos, USA	https://orcid.org/0000-0002-0659-1783	NICHT SPEZIFIZIERT
Tsai, Shang-Min	Department of Earth Sciences, University of California, Riverside, California, USA	https://orcid.org/0000-0002-8163-4608	NICHT SPEZIFIZIERT
Taylor, Jake	Department of Physics, University of Oxford, Oxford, UK ; Institut Trottier de Recherche sur les Exoplanètes and Département de Physique, Université de Montréal, Montréal, QC, Canada	https://orcid.org/0000-0003-4844-9838	NICHT SPEZIFIZIERT
Kirk, James	Department of Physics, Imperial College London, London, UK	https://orcid.org/0000-0002-4207-6615	NICHT SPEZIFIZIERT
Bell, Taylor	Bay Area Environmental Research Institute, NASA Ames Research Center, Moffett Field, CA, USA ; Space Science and Astrobiology Division, NASA Ames Research Center, Moffett Field, CA, USA	https://orcid.org/0000-0003-4177-2149	NICHT SPEZIFIZIERT
Barstow, Joanna K.	School of Physical Sciences, The Open University, Milton Keynes, UK	https://orcid.org/0000-0003-3726-5419	NICHT SPEZIFIZIERT
Gao, Peter	Earth and Planets Laboratory, Carnegie Institution for Science, Washington, DC, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Bean, Jacob L.	Department of Astronomy & Astrophysics, University of Chicago, Chicago, IL, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Blecic, Jasmina	Department of Physics, New York University Abu Dhabi, Abu Dhabi, UAE ; Center for Astro, Particle and Planetary Physics (CAP3), New York University Abu Dhabi, Abu Dhabi, UAE	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Chubb, Katy L.	Centre for Exoplanet Science, University of St Andrews, St Andrews, UK	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Crossfield, Ian J. M.	Department of Physics and Astronomy, University of Kansas, Lawrence, KS 66045, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Jordan, Sean	Institute of Astronomy, University of Cambridge, Cambridge, UK	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Kitzmann, Daniel	Laboratory for Atmospheric and Space Physics, University of Colorado Boulder, UCB 600, Boulder, CO, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Moran, Sarah E.	Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona, Tucson, AZ, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Morello, Giuseppe	Department of Space, Earth and Environment, Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden ; Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), Tenerife, Spain ; INAF--Palermo Astronomical Observatory, Piazza del Parlamento, Palermo, Italy	https://orcid.org/0000-0002-4262-5661	NICHT SPEZIFIZIERT
Moses, Julianne I.	Space Science Institute, Boulder, CO, USA	https://orcid.org/0000-0002-8837-0035	NICHT SPEZIFIZIERT
Welbanks, Luis	School of Earth and Space Exploration, Arizona State University, Tempe, AZ, USA ; NHFP Sagan Fellow, Baltimore, USA	https://orcid.org/0000-0003-0156-4564	NICHT SPEZIFIZIERT
Yang, Jeehyun	Planetary Sciences Section, Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, USA	https://orcid.org/0000-0002-1551-2610	NICHT SPEZIFIZIERT
Zhang, Xi	Department of Earth and Planetary Sciences, University of California Santa Cruz, Santa Cruz, California, USA	https://orcid.org/0000-0002-8706-6963	NICHT SPEZIFIZIERT
Ahrer, Eva-Maria	Centre for Exoplanets and Habitability, University of Warwick, Coventry, UK ; Department of Physics, University of Warwick, Coventry, UK	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Bello-Arufe, Aaron	Astrophysics Section, Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Brande, Jonathan	Department of Physics & Astronomy, University of Kansas, Lawrence, KS, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Casewell, S. L.	School of Physics and Astronomy, University of Leicester, Leicester, UK	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Crouzet, Nicolas	Leiden Observatory, University of Leiden, Leiden, The Netherlands	https://orcid.org/0000-0001-7866-8738	NICHT SPEZIFIZIERT
Cubillos, Patricio E.	INAF - Turin Astrophysical Observatory, Pino Torinese, Italy ; Space Research Institute, Austrian Academy of Sciences, Graz, Austria	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Demory, Brice-Olivier	Center for Space and Habitability, University of Bern, Bern, Switzerland ; Space and Planetary Sciences, Institute of Physics, University of Bern, Bern, Switzerland	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Dyrek, Achrène	Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, AIM, Gif-sur-Yvette, France	https://orcid.org/0000-0001-7189-6463	NICHT SPEZIFIZIERT
Flagg, Laura	Department of Astronomy and Carl Sagan Institute, Cornell University, Ithaca, NY, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Hu, Renyu	Astrophysics Section, Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA ; Division of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA	https://orcid.org/0000-0003-2215-8485	NICHT SPEZIFIZIERT
Inglis, Julie	Division of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA	https://orcid.org/0000-0001-9164-7966	NICHT SPEZIFIZIERT
Jones, Kathryn D.	Center for Space and Habitability, University of Bern, Bern, Switzerland	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Kreidberg, Laura	Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany	https://orcid.org/0000-0003-0514-1147	NICHT SPEZIFIZIERT
López-Morales, Mercedes	Center for Astrophysics \| Harvard & Smithsonian, Cambridge, USA	https://orcid.org/0000-0003-3204-8183	NICHT SPEZIFIZIERT
Lagage, Pierre-Olivier	Université Paris-Saclay, CEA, CNRS, AIM, Gif-sur-Yvette, France	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Meier Valdés, Erik A.	Center for Space and Habitability, University of Bern, Bern, Switzerland	https://orcid.org/0000-0002-2160-8782	NICHT SPEZIFIZIERT
Miguel, Yamila	Leiden Observatory, University of Leiden, Leiden, The Netherlands ; SRON Netherlands Institute for Space Research, Leiden, the Netherlands	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Parmentier, Vivien	Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Lagrange, French Riviera, France	https://orcid.org/0000-0001-9521-6258	NICHT SPEZIFIZIERT
Piette, Anjali A. A.	Earth and Planets Laboratory, Carnegie Institution for Science, Washington, DC, USA	https://orcid.org/0000-0002-4487-5533	NICHT SPEZIFIZIERT
Rackham, Benjamin V.	51 Pegasi b fellow, Los Altos, USA ; Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, USA ; Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology, C	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Radica, Michael	Institut Trottier de Recherche sur les Exoplanètes and Département de Physique, Université de Montréal, Montréal, QC, Canada	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Redfield, Seth	Astronomy Department and Van Vleck Observatory, Wesleyan University, Middletown, CT, USA	https://orcid.org/0000-0003-3786-3486	NICHT SPEZIFIZIERT
Stevenson, Kevin B.	Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, Laurel, MD, USA	https://orcid.org/0000-0002-7352-7941	NICHT SPEZIFIZIERT
Wakeford, Hannah R.	School of Physics, University of Bristol, Bristol, UK	https://orcid.org/0000-0003-4328-3867	NICHT SPEZIFIZIERT
Aggarwal, Keshav	Indian Institute of Technology, Indore, India	https://orcid.org/0000-0002-7004-8670	NICHT SPEZIFIZIERT
Alam, Munazza K.	Earth and Planets Laboratory, Carnegie Institution for Science, Washington, DC, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Batalha, Natalie M.	Department of Astronomy and Astrophysics, University of California, Santa Cruz, CA 95060, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Batalha, Natasha E.	NASA Ames Research Center, Moffett Field, CA, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Benneke, Björn	Institut Trottier de Recherche sur les Exoplanètes and Département de Physique, Université de Montréal, Montréal, QC, Canada	https://orcid.org/0000-0001-5578-1498	NICHT SPEZIFIZIERT
Berta-Thompson, Zach K.	Department of Astrophysical and Planetary Sciences, University of Colorado, Boulder, CO, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Brady, Ryan P.	Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Caceres, Claudio	Instituto de Astrofisica, Facultad Ciencias Exactas, Universidad Andres Bello, Santiago, Chile ; Centro de Astrofisica y Tecnologias Afines (CATA), Casilla 36-D, Santiago, Chile ; Nucleo Milenio de Formacion Planetaria (NPF), Valparaíso, Chile	https://orcid.org/0000-0002-6617-3823	NICHT SPEZIFIZIERT
Carter, Aarynn L.	Department of Astronomy & Astrophysics, University of California, Santa Cruz, Santa Cruz, CA, USA	https://orcid.org/0000-0001-5365-4815	NICHT SPEZIFIZIERT
Désert, Jean-Michel	Anton Pannekoek Institute for Astronomy, University of Amsterdam, Amsterdam, The Netherlands	https://orcid.org/0000-0002-0875-8401	NICHT SPEZIFIZIERT
Harrington, Joseph	Planetary Sciences Group, Department of Physics and Florida Space Institute, University of Central Florida, Orlando, Florida, USA	https://orcid.org/0000-0002-8955-8531	NICHT SPEZIFIZIERT
Iro, Nicolas	nicolas.iro (at) dlr.de	https://orcid.org/0000-0003-2329-418X	151558356
Line, Michael R.	School of Earth and Space Exploration, Arizona State University, Tempe, AZ, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Lothringer, Joshua D.	Department of Physics, Utah Valley University, Orem, UT, USA	https://orcid.org/0000-0003-3667-8633	NICHT SPEZIFIZIERT
MacDonald, Ryan J.	NHFP Sagan Fellow, Baltimore, USA ; Department of Astronomy, University of Michigan, Ann Arbor, MI, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Mancini, Luigi	INAF - Turin Astrophysical Observatory, Pino Torinese, Italy ; Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany ; Department of Physics, University of Rome “Tor Vergata”, Rome, Italy	https://orcid.org/0000-0002-9428-8732	NICHT SPEZIFIZIERT
Molaverdikhani, Karan	Universitäts-Sternwarte, Ludwig-Maximilians-Universität München, München, Germany ; Exzellenzcluster Origins, Garching, Germany	https://orcid.org/0000-0002-0502-0428	NICHT SPEZIFIZIERT
Mukherjee, Sagnick	Department of Astronomy & Astrophysics, University of California, Santa Cruz, Santa Cruz, CA, USA	https://orcid.org/0000-0003-1622-1302	NICHT SPEZIFIZIERT
Nixon, Matthew C.	Department of Astronomy, University of Maryland, College Park, MD, USA	https://orcid.org/0000-0001-8236-5553	NICHT SPEZIFIZIERT
Oza, Apurva V.	Astrophysics Section, Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Palle, Enric	Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), Tenerife, Spain; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna (ULL), Tenerife, Spain	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Rustamkulov, Zafar	Department of Earth and Planetary Sciences, Johns Hopkins University, Baltimore, MD, USA	https://orcid.org/0000-0003-4408-0463	NICHT SPEZIFIZIERT
Sing, David K.	Department of Earth and Planetary Sciences, Johns Hopkins University, Baltimore, MD, USA ; Department of Physics & Astronomy, Johns Hopkins University, Baltimore, MD, USA	https://orcid.org/0000-0001-6050-7645	NICHT SPEZIFIZIERT
Steinrueck, Maria E.	Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT
Venot, Olivia	Université de Paris Cité and Univ Paris Est Creteil, CNRS, LISA, Paris, France	https://orcid.org/0000-0003-2854-765X	NICHT SPEZIFIZIERT
Wheatley, Peter J.	Centre for Exoplanets and Habitability, University of Warwick, Coventry, UK ; Department of Physics, University of Warwick, Coventry, UK	https://orcid.org/0000-0003-1452-2240	NICHT SPEZIFIZIERT
Yurchenko, Sergei N.	Department of Physics and Astronomy, University College London, London, United Kingdom	NICHT SPEZIFIZIERT	NICHT SPEZIFIZIERT

Datum:

2024

Erschienen in:

Nature

Referierte Publikation:

Open Access:

Gold Open Access:

Nein

In SCOPUS:

In ISI Web of Science:

DOI:

10.1038/s41586-024-07040-9

Verlag:

Nature Publishing Group

ISSN:

0028-0836

Status:

veröffentlicht

Stichwörter:

atmospheric chemistry exoplanets

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 - PMC und Science

Standort:

Berlin-Adlershof

Institute & Einrichtungen:

Institut für Planetenforschung > Extrasolare Planeten und Atmosphären

Hinterlegt von:

Iro, Nicolas

Hinterlegt am:

25 Jan 2024 10:19

Letzte Änderung:

25 Jan 2024 10:19

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