测量系外行星大气中的钛同位素比值

[删节] 相对同位素丰度的测量可为天体的形成与演化历史提供独特见解。钛的五种稳定同位素被用于研究太阳系早期历史并约束银河系化学模型。钛的 Minor 同位素相对于其他元素的同位素较为丰富，使其更易于进行高难度的观测。我们评估了在系外行星大气中进行钛同位素测量的可行性，特别是用于高分辨率光谱的处理技术是否会影响推导出的同位素比值。我们使用 M 型矮星 GJ 1002 的档案高色散 CARMENES 光谱作为极高信噪比下所观测系外行星的替代样本。使用 petitRADTRANS 模型在窄波长区间（7045-7090 {\AA}）和宽波长区间（7045-7500 {\AA}）上进行光谱反演，得到同位素比值及其不确定度。这些反演在去除连续谱的光谱上重复进行，以模拟典型的高色散系外行星观测。发现所有 Minor 钛同位素相对丰度均略高于地球值。宽带光谱滤波导致的连续谱信息丢失对同位素比值影响甚微。随后通过添加不同水平的高斯噪声来退化 CARMENES 光谱，以估计未来系外行星大气观测的信噪比需求。对于宽波长范围，需要信噪比为 5 的光谱才能以相对误差 $\lesssim$10% 确定同位素比值。与其宿主恒星角间距较大的超级木星是最易观测的系外行星，在 8 米级望远镜上约需一小时观测时间，而在未来的极大望远镜（Extremely Large Telescope）上观测时间不足一分钟。