Exoplanet observa/ons from the ground: present status and - PowerPoint PPT Presentation

Exoplanet ¡observa/ons ¡ from ¡the ¡ground: ¡ present ¡status ¡and ¡the ¡ golden ¡future ¡ Ignasi Ribas Institut de Ciències de l’Espai (CSIC-IEEC) Exoplanets at Lund, Lund, 6/5/15

The ¡exoplanet ¡revolu/on ¡ Mayor ¡et ¡al. ¡(2014) ¡

The ¡exoplanet ¡context ¡ Winn ¡& ¡Fabrycky ¡(2014) ¡

Kepler ¡sta/s/cs ¡shows ¡that ¡ (Fressin ¡et ¡al. ¡2013) … ¡ Ø 2% ¡of ¡stars ¡have ¡Jupiters ¡ 30-­‑50% ¡of ¡stars ¡ Ø 22% ¡have ¡Neptunes ¡ have ¡planets ¡of ¡ Ø 20% ¡have ¡super-­‑Earths ¡ some ¡type ¡ Ø 16% ¡have ¡Earths ¡ Howard ¡(2013) ¡

Temperature Mass

The Solar System is not the norm Circumbinary ¡planets ¡ Kepler ¡16 ¡b, ¡Kepler ¡34 ¡b, ¡Kepler ¡38 ¡b, ¡PH1 ¡b… ¡ Planets ¡with ¡ The ¡orbit ¡of ¡ inclined ¡or ¡ HD80606 ¡b ¡is ¡ retrograde ¡orbits ¡ as ¡eccentric ¡as ¡ that ¡of ¡ Halley’s ¡comet ¡ “Lava ¡planets” ¡ ¡ T ¡> ¡2500 ¡K ¡ Corot ¡7b, ¡Kepler ¡78b, ¡55 ¡Cnc ¡e, ¡Kepler ¡10b…. ¡

Mayor ¡et ¡al. ¡(2014) ¡ HL ¡Tau ¡ (ALMA) ¡

• Mul/ple ¡planetary ¡systems ¡are ¡common ¡ • Low ¡mutual ¡inclina/ons! ¡ Kepler-­‑11 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Lissauer ¡et ¡al. ¡(2014) ¡ (Lissauer ¡et ¡al. ¡2011) ¡

Instrument ¡/meline ¡ CoRoT Kepler - K2 PLATO 2.0 JWST 2024 NGTS HARPS HARPS-N HIRES MEarth-S TESS SOPHIE ESA 2017 2020 Now – 2015 L-mission ? E-ELT GAIA “ Warm ” HST CHEOPS Spitzer VLT 
 CRIRES, FORS, 
 FLAMES, K-MOS, SPHERE

Radial ¡veloci/es ¡ • OperaTonal: ¡ • Not ¡stabilized: ¡Keck/HIRES, ¡OHP/SOPHIE, ¡Magellan/PFS ¡ • Stabilized: ¡ESO-­‑HARPS, ¡TNG/HARPS-­‑N ¡ • NIR: ¡TNG/GIANO ¡ • Very ¡acTve ¡faciliTes ¡and ¡bright ¡future ¡as ¡follow-­‑up ¡of ¡ transit ¡space ¡missions, ¡notably ¡K2, ¡CHEOPS, ¡TESS ¡and ¡ PLATO ¡ ¡ • Firm ¡future ¡projects: ¡ ¡ • OpTcal: ¡VLT/ESPRESSO ¡ • NIR: ¡CARMENES, ¡CFHT/SPIRou, ¡Subaru/IDS, ¡HET/HPF, ¡ VLT/CRIRES+ ¡

︎ Courtesy ¡of ¡ H ARPS : stability at 1 m/s S. ¡Udry ¡ 2 - fiber fed Δ RV =1 m/s ThAr calibration Δλ =0.00001 Å Δ RV =1 m/s 15 nm Δ T =0.01 K 1/10000 pixel Δ p=0.01 mBar Pressure controlled Temperature controlled And ¡its ¡successor ¡VLT/ESPRESSO ¡ è ¡stability ¡at ¡ 10 ¡cm/s ¡ è ¡Earth-­‑like ¡planets ¡for ¡V<9 ¡(1 ¡UT) ¡or ¡ V<12 ¡(4 ¡UTs) ¡

An ¡unexplored ¡niche ¡

Detec/ng ¡M-­‑type ¡planets ¡ P HZ ¡(0.4 ¡M ¤ ) ¡= ¡25 ¡d ¡ P HZ ¡(0.3 ¡M ¤ ) ¡= ¡18 ¡d ¡ P HZ ¡(0.2 ¡M ¤ ) ¡= ¡12 ¡d ¡

The ¡SED ¡of ¡M-­‑type ¡stars ¡ near-IR If possible, efficiency you want to peak observe here! 14 “classical” visible light RV instruments

Atmospheric ¡windows ¡at ¡near-­‑IR ¡ regions ¡ atmospheric absorption

The ¡CARMENES ¡instrument ¡ C alar A lto high R esolution search for M dwarfs with E xoearths with N ear-infrared and optical E chelle S pectrographs • Single-­‑purpose, ¡high-­‑stability ¡instrument ¡ • Wide ¡wavelength ¡coverage ¡for ¡discriminaTon ¡against ¡ intrinsic ¡variability ¡ Near-Infrared channel Visible channel • Precision ¡~1 ¡m/s ¡ • Precision ¡~1 ¡m/s ¡ • 950-­‑1700 ¡nm, ¡R ¡= ¡82,000, ¡ • 550-­‑950 ¡nm, ¡R ¡= ¡82,000, ¡2.8-­‑ 2.8-­‑pix ¡sampling ¡ pix ¡sampling ¡ • In ¡vacuum, ¡stabilized ¡at ¡140 ¡K ¡ • In ¡vacuum, ¡stabilized ¡at ¡ • Mosaic ¡2 ¡2kx2k ¡Hawaii2RG ¡ ambient ¡temperature ¡ 2.5 ¡µm ¡ • 4kx4k ¡CCD ¡E2V ¡ • U-­‑Ne ¡lamp ¡(+F-­‑P ¡etalon) ¡ • Th-­‑Ar-­‑Ne ¡lamp ¡(+F-­‑P ¡etalon) ¡

CARMENES ¡ • German-­‑Spanish ¡project ¡for ¡3.5-­‑m ¡Calar ¡Alto ¡ • Search ¡for ¡Earth-­‑like ¡habitable ¡planets ¡ around ¡low-­‑mass ¡stars ¡(M-­‑stars) ¡ • Survey ¡of ¡300 ¡M ¡dwarf ¡stars ¡simultaneously ¡ in ¡visible ¡light ¡and ¡near-­‑infrared ¡ è ¡Good ¡ diagnosTcs ¡of ¡acTvity! ¡ • 600-­‑750 ¡nights ¡guaranteed ¡ • Now ¡in ¡MAIV ¡phase ¡ • Commissioning ¡ends ¡2015 ¡ • OperaTons ¡2016-­‑2018 ¡

The ¡CARMENES ¡instrument ¡

Transit ¡surveys ¡from ¡the ¡ground ¡ • Ground ¡based ¡surveys ¡deliver ¡planets ¡useful ¡for ¡characterizaTon ¡ • Ongoing ¡searches: ¡ • Very ¡wide ¡field: ¡HATNet, ¡SuperWASP, ¡WASP-­‑S, ¡XO ¡ • MuTplexing ¡(M ¡dwarfs): ¡MEarth, ¡APACHE ¡ • Global ¡networks: ¡HATSouth ¡ • This ¡will ¡conTnue ¡for ¡next ¡4-­‑5 ¡years, ¡pushing ¡to ¡longer ¡periods ¡ and ¡lower ¡radii ¡ • Planned ¡searches: ¡ ¡ • Very ¡wide ¡field: ¡NGTS, ¡ ¡Evryscope, ¡MASCARA ¡(all ¡sky) ¡ • Global ¡networks: ¡LCOGT ¡ • K2, ¡TESS ¡and ¡PLATO ¡will ¡force ¡ground-­‑based ¡surveys ¡to ¡find ¡a ¡ specialized ¡niche ¡

Transit ¡surveys ¡from ¡the ¡ground ¡

Transit ¡surveys ¡from ¡the ¡ground ¡ • 12 ¡x ¡200 ¡mm ¡telescopes ¡ ¡ • Total ¡FOV ¡96 ¡sq ¡deg ¡ ¡ • K ¡& ¡early ¡M ¡stars ¡ • 140 ¡sub-­‑Neptunes ¡with ¡V<15 ¡ Wheatley ¡et ¡al. ¡(2013) ¡

Atmospheric ¡ characteriza/on ¡ • Physical ¡properTes ¡(T-­‑P), ¡ chemical ¡composiTon, ¡hazes, ¡ clouds ¡ • Ground-­‑based ¡observaTons, ¡ too! ¡ GJ ¡1214 ¡b ¡(Bean ¡ ¡et ¡al. ¡2011) ¡

Atmospheric ¡ characteriza/on ¡ • OccultaTon ¡(emission) ¡ spectroscopy ¡from ¡the ¡ ground ¡ WASP-­‑19 ¡b ¡ ¡ (Bean ¡et ¡al. ¡2013) ¡

High-­‑resolu/on ¡spectroscopy ¡ • VLT/CRIRES ¡R=100,000 ¡spectroscopy ¡ of ¡planets ¡in ¡conjuncTon ¡showing ¡CO ¡ and ¡H 2 O ¡absorpTon ¡(HD ¡209458, ¡τ ¡ Boo, ¡51 ¡Peg, ¡HD ¡189733, ¡HD ¡179949) ¡ Snellen ¡et ¡al. ¡(2010); ¡Rodler, ¡López-­‑Morales ¡& ¡Ribas ¡(2012) ¡

High-­‑resolu/on ¡spectroscopy: ¡the ¡future ¡ • High-­‑resoluTon ¡spectroscopy ¡ (and ¡high-­‑contrast ¡imaging) ¡ using ¡ELTs ¡will ¡open ¡the ¡door ¡to ¡ detailed ¡planet ¡characterizaTon ¡ (e.g., ¡β ¡Pic ¡b; ¡Snellen ¡et ¡al. ¡2014) ¡ • Use ¡of ¡features ¡from ¡molecular ¡ species ¡for ¡direct ¡detecTon ¡ Snellen ¡et ¡al. ¡(2013) ¡

Direct ¡imaging ¡ • Huge ¡potenTal, ¡in ¡ NIR ¡and ¡submm ¡ (ALMA) ¡ • VLT/SPHERE ¡and ¡ Gemini/GPI ¡entering ¡ operaTons ¡ β ¡Pic ¡(Lagrange ¡et ¡al. ¡2010 ¡& ¡GPI) ¡ ¡ HR ¡8799 ¡(Marois ¡et ¡al. ¡2010) ¡ 2M1207B ¡(Chauvin ¡et ¡al. ¡2004, ¡2005) ¡

The ¡revolu/on ¡con/nues!… ¡