Nicola Astudillo-Defru: Detección de Calcio y otros elementos en la atmósfera del exoplaneta HD 209548b

Nicola Astudillo-Defru es estudiante de doctorado en el Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble, Francia, con X. Delfosse y X. Bonfils. Nicola se graduó de Licenciado y Master en Astronomía en la Universidad de Chile, trabajando con Patricio Rojo. Si quieres saber más de sus temas de investigación, que incluyen detección y caracterización de exoplanetas puedes contactarlo en astrodillo at gmail dot com

Descubiertos por primera vez mediante el método de velocidades radiales hace dos décadas, al día de hoy se han confirmado más de mil planetas en otros sistemas estelares, o exoplanetas. Adicionalmente, se deseaba encontrar aquellos que, en nuestra linea de visión, transiten frente a su estrella, pues en esa configuración se puede estudiar la atmósfera de éstos planetas, si es que tienen. Transcurridos siete años del descubrimiento del primer exoplaneta, se detectó la presencia de una atmósfera exoplanetaria.

Para detectar atmósferas de exoplanetas, tradicionalmente se analizan regiones espectrales donde múltiples modelos atmosféricos predicen fuertes transiciones de ciertos elementos, como por ejemplo el doblete del Sodio en el óptico. En este artículo hicimos una búsqueda "a ciegas", esto es, buscamos posibles evidencias en todo el rango espectral de datos públicos procedentes del High Dispersion Spectrograph montado en el Subaru Telescope del NOAJ. Estos datos fueron tomados con un telescopio terrestre, por lo que hubo que hacer correcciones a los datos para que variaciones en los espectros producidas por la atmósfera de la Tierra nos afecten lo menos posible. Para ello usamos una corrección que previamente no se había aplicado en este contexto, que fue buscar correlaciones entre la masa de aire a la que se tomaron los datos y la solución de la ecuación de transferencia radiativa para absorciones. Con este método logramos reproducir la detección de Sodio que ya se había hecho en estos datos.

Figura: Absorción del calcio a 6162.27 Å usando tres anchos de banda proporcionales al ancho de la linea estelar (voigtian width). Las barras de error representan la desviación estándar de las distribuciones del análisis bootstrap. Además de las absorciones, se observa que a menor el ancho de banda mayor es la absorción, que es de esperar al acceder a distintas alturas en la atmósfera del exoplaneta.

Se analizaron, de forma automática, unas 2200 transiciones de distintas especies atómicas donde se buscan pequeñas diferencias (absorciones a ciertas longitudes de onda) entre datos tomados mientras el exoplaneta transitaba (datos IN) y cuando no lo hacia (datos OUT). De este análisis dos lineas espectrales de calcio mostraron claras absorciones en distintos anchos de banda y que son atribuibles a la atmósfera de este exoplaneta, mientras que el escandio y el hidrógenos mostraron absorciones cuya explicación no es tan evidente. Es la primera vez que se encuentran evidencias de Calcio en la atmósfera de un exoplaneta, posiblemente la primera vez que en este exoplaneta se encuentra Escandio y se confirma la presencia se Hidrógeno. De confirmarse las detecciones de Calcio y/o Escandio, no solo se conocerá un poco mejor la composición de esta atmósfera, si no que esto permite constreñir la física que describen estas atmósferas mediante modelos.

"Ground-based detection of calcium and possibly scandium and hydrogen in the atmosphere of HD 209458b"

N. Astudillo-Defru & P. Rojo

A&A 557, A56 (2013), ArXiv:1306.5475

Resumen (en inglés, después del salto)

Context. Since the first exoplanetary atmosphere detection using the Hubble Space Telescope, characterization of exoplanet atmospheres from the ground have been playing an increasingly important role in the analysis of these atmospheres thanks to the enhancement of telluric correction techniques. At present, several species have been discovered in the atmosphere of HD 209458b, all of them consistent with theoretical models.

Aims. Data acquired using the High Dispersion Spectrograph on the Subaru telescope are re-analysed. We expect to discover new species in the atmosphere of the exoplanet HD 209458b. In addition to shedding light on the atmospheric composition, we will derive the radial extension of the absorbents present in the atmosphere of the exoplanet.

Methods. We present an alternative method for correcting the telluric effects through the analysis of variations in spectral lines with the airmass. To search for absorptions due to an exoplanetary atmosphere we implemented an algorithm to automatically search for all the features presenting an atmospheric signature in the transmission spectrum and through the wavelength range in the data. To estimate uncertainties we performed a bootstrapping analysis.

Results. Absorption excess due to the transitions of calcium at 6162.17 Å and 6493.78 Å, scandium at 5526.79 Å, hydrogen at 6562.8 Å, and the sodium doublet are detected in the transmission spectrum at a level of −0.079 ± 0.012%, −0.138 ± 0.013%, −0.059 ± 0.012%, −0.123 ± 0.012%, −0.071 ± 0.016% using pass-bands of 0.5 Å, 0.4 Å, 0.5 Å, 1.1 Å, and 0.6 Å, respectively.

Conclusions. Models predict strong absorption in the sodium resonance doublet which was previously detected, also in this analysis. However, this is the first report of calcium and possibly scandium in HD 209458b, including the possible ground-based detection of hydrogen. Calcium is expected to condense out in the atmosphere of this exoplanet; therefore, confirmation of these results will certainly imply a review of theoretical models.