Atmospheric Retrieval of L Dwarfs: Benchmarking Results and Characterizing the Young Planetary Mass Companion HD 106906 b in the Near-Infrared

Auteurs : Arthur D. Adams, Michael R. Meyer, Alex R. Howe, Ben Burningham, Sebastian Daemgen, Jonathan Fortney, Mike Line, Mark Marley, Sascha P. Quanz, Kamen Todorov

arXiv: 2309.10188v1 - DOI (astro-ph.EP)
39 pages, 21 figures. Accepted for publication in the Astronomical Journal
Licence : CC BY 4.0

Résumé : We present model constraints on the atmospheric structure of HD 106906 b, a planetary-mass companion orbiting at a ~700 AU projected separation around a 15 Myr-old stellar binary, using the APOLLO retrieval code on spectral data spanning 1.1-2.5 $\mu$m. C/O ratios can provide evidence for companion formation pathways, as such pathways are ambiguous both at wide separations and at star-to-companion mass ratios in the overlap between the distributions of planets and brown dwarfs. We benchmark our code against an existing retrieval of the field L dwarf 2M2224-0158, returning a C/O ratio consistent with previous fits to the same JHKs data, but disagreeing in the thermal structure, cloud properties, and atmospheric scale height. For HD 106906 b, we retrieve C/O $=0.53^{+0.15}_{-0.25}$, consistent with the C/O ratios expected for HD 106906's stellar association and therefore consistent with a stellar-like formation for the companion. We find abundances of H$_2$O and CO near chemical equilibrium values for a solar metallicity, but a surface gravity lower than expected, as well as a thermal profile with sharp transitions in the temperature gradient. Despite high signal-to-noise and spectral resolution, more accurate constraints necessitate data across a broader wavelength range. This work serves as preparation for subsequent retrievals in the era of JWST, as JWST's spectral range provides a promising opportunity to resolve difficulties in fitting low-gravity L dwarfs, and also underscores the need for simultaneous comparative retrievals on L dwarf companions with multiple retrieval codes.

Soumis à arXiv le 18 Sep. 2023

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