系外行星与褐矮星的氘氢比测量
地球与行星天体物理
2019-10-15 v2 太阳与恒星天体物理
摘要
氘与氢的相对丰度是示踪行星形成与演化的有力工具。木星和土星具有原太阳大气的 D/H 比，这是从星云大量吸积气体的遗迹，而海王星和天王星的大气因冰物质吸积进入包层而富集 D。对于类地行星，D/H 比被用于确定挥发性物质输送机制以及行星生命周期内随后的大气流失。质量大于 13 M_J 的行星和褐矮星会迅速耗尽其初始 D 储库。在此，我们模拟了巨系外行星和褐矮星（2 M_Neptune 至约 10 M_Jupiter）在 Teff=200--1800 K 下的光谱，包含 CH3D 和 HDO，以确定这些主导氘代同位素在中红外热发射光谱中的可观测性。由于分子截面的温度依赖性，较冷天体的光谱中具有更强的分子特征。在所有考虑的温度下，CH3D 都比 HDO 更易观测，这归因于其吸收带强度以及其特征位于其他强吸收特征较少的波长处。我们预测，对于邻近的冷褐矮星，利用詹姆斯·韦伯空间望远镜（James Webb Space Telescope）可在高信噪比下测量 CH3D 丰度；对于 200--800 K、距离小于 10 pc 的天体，原太阳 D/H 比可在 2.5 小时内轻易观测到。中等年龄的木星质量行星（100--300 Myr）和年轻的海王星（10 Myr）可能被 JWST 发现，并在未来十年内成为探测系外行星上氘的最佳目标。未来的望远镜设计应考量同位素对于理解行星大气形成与演化的重要性。
引用
@article{arxiv.1810.04241,
title = {Measuring the D/H Ratios of Exoplanets and Brown Dwarfs},
author = {Caroline V. Morley and Andrew J. Skemer and Brittany E. Miles and Michael R. Line and Eric D. Lopez and Matteo Brogi and Richard S. Freedman and Mark S. Marley},
journal= {arXiv preprint arXiv:1810.04241},
year = {2019}
}
备注
10 pages, 5 figures, published in ApJ Letters