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Modelling the He I triplet absorption at 10 830 Å in the atmospheres of HD 189733 b and GJ 3470 b

dc.contributor.authorLampón, M.
dc.contributor.authorLópez Puertas, M.
dc.contributor.authorSanz Forcada, J.
dc.contributor.authorSánchez López, A.
dc.contributor.authorMolaverdikhani, K.
dc.contributor.authorCzesla, S.
dc.contributor.authorQuirrenbach, A.
dc.contributor.authorPallé, E.
dc.contributor.authorCaballero, J. A.
dc.contributor.authorHenning, T.
dc.contributor.authorSalz, M.
dc.contributor.authorNortmann, L.
dc.contributor.authorAceituno, J.
dc.contributor.authorAmado, P. J.
dc.contributor.authorBauer, F. F.
dc.contributor.authorMontes, D.
dc.contributor.authorNagel, E.
dc.contributor.authorReiners, A.
dc.contributor.authorRibas, I.
dc.contributor.funderEuropean Regional Development Fund (ERDF)
dc.contributor.funderDeutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
dc.contributor.funderAgencia Estatal de Investigación (AEI)
dc.contributor.funderGeneralitat de Catalunya
dc.contributor.funderEuropean Research Council (ERC)
dc.contributor.orcid0000-0002-0183-7158
dc.contributor.orcid0000-0003-2941-7734
dc.contributor.orcid0000-0002-1600-7835
dc.contributor.orcid0000-0002-0516-7956
dc.contributor.orcid0000-0002-7349-1387
dc.contributor.orcid0000-0001-8419-8760
dc.contributor.orcid0000-0001-8012-3788
dc.contributor.orcid0000-0002-4019-3631
dc.contributor.orcid0000-0002-6689-0312
dc.contributor.otherUnidad de Excelencia Científica María de Maeztu Centro de Astrobiología del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial y CSIC, MDM-2017-0737
dc.contributor.otherCentros de Excelencia Severo Ochoa, INSTITUTO DE ASTROFÍSICA DE CANARIAS (IAC), SEV-2015-0548
dc.contributor.otherCentros de Excelencia Severo Ochoa, INSTITUTO DE ASTROFISICA DE ANDALUCIA (IAA), SEV-2017-0709
dc.date.accessioned2021-07-19T12:28:59Z
dc.date.available2021-07-19T12:28:59Z
dc.date.issued2021-03-23
dc.description.abstractCharacterising the atmospheres of exoplanets is key to understanding their nature and provides hints about their formation and evolution. High resolution measurements of the helium triplet absorption of highly irradiated planets have been recently reported, which provide a new means of studying their atmospheric escape. In this work we study the escape of the upper atmospheres of HD 189733 b and GJ 3470 b by analysing high resolution He I triplet absorption measurements and using a 1D hydrodynamic spherically symmetric model coupled with a non-local thermodynamic model for the He I triplet state. We also use the H density derived from Lyα observations to further constrain their temperatures, mass-loss rates, and H/He ratios. We have significantly improved our knowledge of the upper atmospheres of these planets. While HD 189733 b has a rather compressed atmosphere and small gas radial velocities, GJ 3470 b, on the other hand with a gravitational potential ten times smaller, exhibits a very extended atmosphere and large radial outflow velocities. Hence, although GJ 3470 b is much less irradiated in the X-ray and extreme ultraviolet radiation, and its upper atmosphere is much cooler, it evaporates at a comparable rate. In particular, we find that the upper atmosphere of HD 189733 b is compact and hot, with a maximum temperature of 12 400−300+400 K, with a very low mean molecular mass (H/He = (99.2/0.8) ± 0.1), which is almost fully ionised above 1.1 RP, and with a mass-loss rate of (1.1 ± 0.1) × 1011 g s−1. In contrast, the upper atmosphere of GJ 3470 b is highly extended and relatively cold, with a maximum temperature of 5100 ± 900 K, also with a very low mean molecular mass (H/He = (98.5/1.5)−1.5+1.0), which is not strongly ionised, and with a mass-loss rate of (1.9 ± 1.1) × 1011 g s−1. Furthermore, our results suggest that upper atmospheres of giant planets undergoing hydrodynamic escape tend to have a very low mean molecular mass (H/He ≳ 97/3).es
dc.description.sponsorshipWe thank the referee for very useful comments. CARMENES is an instrument for the Centro Astronomico HispanoAleman (CAHA) at Calar Alto (Almeria, Spain), operated jointly by the Junta de Andalucia and the Instituto de Astrofisica de Andalucia (CSIC). CARMENES was funded by the Max-Planck-Gesellschaft (MPG), the Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (CSIC), the Ministerio de Economia y Competitividad (MINECO) and the European Regional Development Fund (ERDF) through projects FICTS-2011-02, ICTS-2017-07-CAHA-4, and CAHA16-CE-3978, and the members of the CARMENES Consortium (Max-Planck-Institut fur Astronomie, Instituto de Astrofisica de Andalucia, Landessternwarte Konigstuhl, Institut de Ciencies de l'Espai, Institut fur Astrophysik Gottingen, Universidad Complutense de Madrid, Thuringer Landessternwarte Tautenburg, Instituto de Astrofisica de Canarias, Hamburger Sternwarte, Centro de Astrobiologia and Centro Astronomico Hispano-Aleman), with additional contributions by the MINECO, the Deutsche Forschungsgemeinschaft through the Major Research Instrumentation Programme and Research Unit FOR2544 "Blue Planets around Red Stars", the Klaus Tschira Stiftung, the states of Baden-Wurttemberg and Niedersachsen, and by the Junta de Andalucia. We acknowledge financial support from the Agencia Estatal de Investigacion of the Ministerio de Ciencia, Innovacion y Universidades and the ERDF through projects ESP2016-76076-R, ESP2017-87143-R, PID2019-110689RB-I00/AEI/10.13039/501100011033, BES-2015-074542, PGC2018-099425-B-I00, PID2019-109522GB-C51/2/3/4, PGC2018-098153-BC33, AYA2016-79425-C3-1/2/3-P, ESP2016-80435-C2-1-R, and the Centre of Excellence "Severo Ochoa" and "Maria de Maeztu" awards to the Instituto de Astrofisica de Canarias (SEV-2015-0548), Instituto de Astrofisica de Andalucia (SEV-2017-0709), and Centro de Astrobiologia (MDM-2017-0737), and the Generalitat de Catalunya/CERCA programme. T.H. acknowledges support from the European Research Council under the Horizon 2020 Framework Program via the ERC Advanced Grant Origins 832428. A.S.L. acknowledges funding from the European Research Council under the European Union's Horizon 2020 research and innovation program under grant agreement No 694513.es
dc.identifier.citationAstronomy and Astrophysics 647: A129(2021)es
dc.identifier.doi10.1051/0004-6361/202039417
dc.identifier.e-issn1432-0746
dc.identifier.issn0004-6361
dc.identifier.otherhttps://www.aanda.org/articles/aa/abs/2021/03/aa39417-20/aa39417-20.html
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/20.500.12666/446
dc.language.isoenges
dc.publisherEDP Scienceses
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dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationales
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dc.rights.license© ESO 2021
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectPlanets and satellites: atmosphereses
dc.subjectPlanets and satellites: gaseous planetses
dc.subjectPlanets and satellites: individual: HD 189733 bes
dc.subjectPlanets and satellites: individual: GJ 3470 bes
dc.titleModelling the He I triplet absorption at 10 830 Å in the atmospheres of HD 189733 b and GJ 3470 bes
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/articlees
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501
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