Detection of TiO and VO in the atmosphere of WASP-121b and Evidence for its temporal variation

Auteurs : Qinglin Ouyang, Wei Wang, Meng Zhai, Guo Chen, Patricio Rojo, Yujuan Liu, Fei Zhao, Jia-Sheng Huang, Gang Zhao

arXiv: 2304.00461v1 - DOI (astro-ph.EP)
23 pages, 13 figures, 6 tables. Accepted for publication in Research in Astronomy and Astrophysics

Résultats du processus de synthèse de l'article arXiv : 2304.00461v1

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Nous rapportons les observations de transit de l'ultra Jupiter chaud WASP-121b en utilisant le spectrographe à haut débit Goodman (GHTS) sur le télescope terrestre Southern Astrophysical Research Telescope (SOAR), couvrant la plage de longueurs d'onde $502-900$ nm. En divisant l'étoile cible et l'étoile de référence en 19 bandes passantes spectroscopiques et en appliquant une spectrophotométrie différentielle, nous avons dérivé des courbes de lumière de transit spectroscopique et les avons ajustées en utilisant un cadre de processus gaussien pour déterminer les profondeurs de transit pour chaque bande passante. Le spectre de transmission optique obtenu montre une pente croissante abrupte vers la longueur d'onde bleue, qui semble être trop abrupte pour être expliquée par la seule diffusion Rayleigh. Nous notons que le spectre de transmission issu de ce travail et d'autres travaux diffèrent évidemment les uns des autres, ce qui a été souligné précédemment par \citet{Wilson2021} comme preuve d'une variation atmosphérique temporelle significative. En outre, nous effectuons une analyse chimique libre sur les spectres optiques de transmission provenant de ce travail et du spectre HST/WFC3 NIR littéraire. Nous déterminons TiO, VO et H$_{2}$O avec des abondances respectives de $-5.95_{-0.42}^{+0.47}$ dex, $-6.72_{-1.79}^{+0.51}$ dex et $-4.13_{-0.46}^{+0.63}$ dex respectivement. Nous comparons ensuite les abondances obtenues à celles trouvés dans des travaux antérieurs et constatons qu'elles ne sont pas cohérentes entre elles, ce qui indique que les compositions chimiques peuvent changer sur des échelles temporelles plus longues que celles observables jusqu’à présent . Des observations futures multi-temps à haute précision sont nécessaires pour confirmer cette hypothèse supplémentairement . De plus , lorsque nous combinons les spectres optiques et infrarouges dans notre analyse , nous constatons que V , VO , le décalage NIR - optique et la pression du pont nuageux sont liés entre eux .
Mots clés générés par l'IA : Transit WASP-121b Spectroscopie Variation temporelle Abondances

Points clés générés par l'IA

  • Les observations de transit de l'ultra Jupiter chaud WASP-121b ont été effectuées avec le spectrographe à haut débit Goodman (GHTS) sur le télescope terrestre Southern Astrophysical Research Telescope (SOAR), couvrant la plage de longueurs d'onde $502-900$ nm.
  • Des courbes de lumière de transit spectroscopique ont été dérivées en divisant l'étoile cible et l'étoile de référence en 19 bandes passantes spectroscopiques et en appliquant une spectrophotométrie différentielle.
  • Le spectre de transmission optique obtenu montre une pente croissante abrupte vers la longueur d'onde bleue, qui semble être trop abrupte pour être expliquée par la seule diffusion Rayleigh.
  • Une analyse chimique libre sur les spectres optiques de transmission a été effectuée, révélant des abondances respectives de TiO, VO et H$_{2}$O avec des valeurs négatives.
  • Les compositions chimiques peuvent changer sur des échelles temporelles plus longues que celles observables jusqu'à présent.
  • Des observations futures multi-temps à haute précision sont nécessaires pour confirmer cette hypothèse supplémentairement.
  • V, VO, le décalage NIR-optique et la pression du pont nuageux sont liés entre eux lorsque les spectres optiques et infrarouges sont combinés dans l'analyse.
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Résumé : We report the transit observations of the ultra hot Jupiter WASP-121b using the Goodman High Throughput Spectrograph (GHTS) at the 4-meter ground-based telescope Southern Astrophysical Research Telescope (SOAR), covering the wavelength range $502-900$ nm. By dividing the target and reference star into 19 spectroscopic passbands and applying differential spectrophotometry, we derive spectroscopic transit light curves and fit them using Gaussian process framework to determine transit depths for every passbands. The obtained optical transmission spectrum shows a steep increased slope toward the blue wavelength, which seems to be too steep to be accounted for by the Rayleigh scattering alone. We note that the transmission spectrum from this work and other works differ obviously from each other, which was pointed out previously by \citet{Wilson2021} as evidence for temporal atmospheric variation. We perform a free chemistry retrieval analysis on the optical transmission spectra from this work and the literature HST/WFC3 NIR spectrum. We determine TiO, VO and H$_{2}$O with abundances of $-5.95_{-0.42}^{+0.47}$ dex, $-6.72_{-1.79}^{+0.51}$ dex, and $-4.13_{-0.46}^{+0.63}$ dex, respectively. We compare the abundances of all these three molecules derived from this work and previous works, and find that they are not consistent with each other, indicating the chemical compositions of the terminator region may change over long timescales. Future multi-epoch and high-precision transit observations are required to further confirm this phenomena. We note that when combining the transmission spectra in the optical and in NIR in retrieval analysis, the abundances of V and VO, the NIR-to-optical offset and the cloud deck pressure may be coupled with each other.

Soumis à arXiv le 02 Avr. 2023

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