Transmission$Spectroscopy$ Exoplanet)Transit)Event)) Towards)Earth) - PowerPoint PPT Presentation

H ot$$ E xoplanet$ Aurélien)Wy,enbach)) A tmospheres$ Christophe)Lovis,)David)Ehrenreich,) Kevin)Heng,)Stéphane)Udry,) Francesco)Pepe) R esolved$with$ T ransit$ S pectroscopy$

Transmission$Spectroscopy$ Exoplanet)Transit)Event)) Towards)Earth) S tr ( λ ) = 2 π R p z ( λ ) π R 2 s Seager)&)Sasselov)2000;)Images:)Wikipedia,)ESA)

Probing$the$exoplanet$ atmospheres$during$transits$ Geometry:) S tr ( λ ) = 2 π R p z ( λ ) π R 2 s OpLcal)depth)&)Sightline)&)HydrostaLc)equilibrium):) z ( λ ) = H [ln σ ( λ ) + cste ] HydrostaLc)equilibrium)&)Ideal)gas)law:)

Exoplanet$Atmosphere$Signals$ z ( λ ) = H [ln σ ( λ ) + cste ] ∆ S tr ( λ ) ' 10 R p kT R 2 µg s

Transmission$Spectroscopy$in$the$Optical$$ UV) OpLcal) IR) H,O,Mg,C,…) H 2 O,CO,CH 4 ,CO 2 ,…) Na,K,H 2 ,TiO,VO,…) High)alLtude) low)alLtude) +)CII,)OII,)MgI,)Sc,)Ca,)…) +HI))

Exoplanet$Atmosphere$Observations$ HD189733b) Huitson)2012) ∆ S tr ( λ ) ' 10 R p kT R 2 µg s

Exoplanet$Atmosphere$Observations$ See)Nikolov’s)talk) HST/STIS)observaLon:)HD209458(Charboneau+02,Sing+08);)HD189733(Huitson+12);)HAT`P`1(Nikolov+13);)WASP`6(Nikolov+14);)WASP`31(Sing+14))

Transmission$spectroscopy$with$HARPS$ • Idea:)use)the)remarkable)data)in)the)archive)(for)free)) The)Rossiter`Mc`Laughlin) effect)on)HD189733) oberved)with)HARPS) during)3)transits) ) • Benefit)from)the)high`resoluLon)and)stability)of)the)instrument)

Transmission$spectroscopy$with$HARPS$ • From)the)ground)the)spectra)bear) the)imprint)of)telluric)lines) • This)brings)spurious)signals)in)the) transmission)spectra)that)have)to) be)corrected)

Transmission$spectroscopy$with$HARPS$ The)radial)velocity)of)the)planet) changes)the)place)of)the)absorpLon) Stellar)Spectrum) Planetary)AbsorpLon)

Transmission$spectroscopy$with$HARPS$ Differen/al)Spectroscopy :)7`10)σ)detecLon)of)Sodium)in)HD189733)b)(with)3)Transits)) Spectrum) Light)Curve) Wy,enbach)et)al.)2015)(aa25729`15))

Transmission$spectroscopy$with$HARPS$

Absorption$Depth$Signal:$ Resolution$deAinitely$matter$ ResoluLon) η)models) Wy,enbach)et)al.)2015)(aa25729`15))

Resolving$the$signal:$$ aeronomic$properties$ Wy,enbach)et)al.)2015)(aa25729`15))

The$HARPS/CN$Atmospheric$Survey$ • ComparaLve)exoplanetology) • Exploring)the)parameters) • Repeatability) 1σ) `1σ) Measuring)the)sodium)absorpLon)on)Rossiter`McLaughlin)targets)in)the)archive) Wy,enbach)et)al.)2015)(in)prép.))

The$HARPS/CN$Atmospheric$Survey$

The$HARPS/CN$Atmospheric$Survey$ DerivaLon)of)detecLon)limit)&)Candidates) =>)New)observaLonal)programs)with) ) 2)Trumps:) SPADES) (HARPS`N)) HEARTS) (HARPS)) Wy,enbach)et)al.)2015)(in)prép.))

Transmission$Spectroscopy$in$the$Optical$$ PossibiliLes:) • Survey)aeronomic)properLes) • Inventoriate)chemical)composiLons) • Atmospheric)evoluLon) InstrumentaLon:) • High`ResoluLon)(is)really)be,er)) • High`Stability)(is)be,er)) • Fiber`fed)(is)be,er)) ) Going)further:) • Combining)low`resoluLon)with)high`resoluLon) • ConnecLng)the)upper)atmosphere)with)the)lower)atmosphere) • A)complete)top`down)understanding)(Star)&)Planet)) )))))(ReducLon,)Stellar)variability/effect,)Transmission,)RotaLon,)…)) )

Transit$Spectroscopy$ are$very$successful$observations$ e.g.)with)HD189733b:) • Rossiter`McLaughlin)effect)(Triaud)et)al.)2009)) • Line`profile)tomography)(Collier`Cameron)et)al.)2010)) • Transmission)Spectroscopy:) • Sodium)(Wy,enbach)et)al.)2015)) • Rayleigh)sca,ering)(Di)Gloria)et)al.)2015)) See)Di)Gloria’s)talk) • More)to)come)(work)in)progress…)) • Planet`as`a`probe)to)stellar)granulaLon)and)acLvity ) ))) (Cegla,)Lovis,)Bourrier)et)al.)2015,)in)prép.)) • …?)

Futur$possibilities$with$ESPRESSO$ Stack)of)the)HARPS)spectra:) SNR)up)to)10000)per)pixel)is)reachable) «)Sodium)detecLon) with)ESPRESSO) in)the)atmosphere)of) a)warm)jupiter) around)a)V=5.5) magnitude)star)»)

Thousands$of$exoplanets$ for$atmospheric$characterisation…$ $ $…ESPRESSO$is$the$new$trump$card!$ PLATO)2.0) TESS) CHEOPS) NGTS) K2)