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无需雨伞:用后处理通用环流模型审视WASP-76b上的铁雨假说

地球与行星天体物理 2022-02-23 v2

摘要

高分辨率光谱是系外行星大气中三维过程的独特指示物。例如,2020年Ehrenreich等人报道了来自ESPRESSO光谱仪的透射光谱,显示出超热木星WASP-76b异常大的多普勒蓝移。对这些观测的解释援引了关于该行星大气较低温区域气相铁凝结的玩具模型描述。在这项工作中,我们用双灰通用环流模型(GCMs)和射线撞击辐射传输对WASP-76b的大气进行前向建模,以诊断该行星的高分辨率透射光谱。我们确认,必须存在驱动终晨线东西不对称性的物理机制,才能重现WASP-76b透射光谱中的大多普勒蓝移。我们确定低大气阻力与深的辐射-对流边界是我们GCM产生此不对称性所必需的组分(后者与现有Spitzer相曲线一致)。然而,仅用气相铁凝结我们无法重现WASP-76b多普勒特征的大小或时间依赖性。相反,我们发现由Al2O3\rm Al_2O_3、Fe或Mg2SiO4\rm Mg_2SiO_4组成的高海拔、光学厚云团对Ehrenreich等人的观测提供了合理拟合——凝结仅边际贡献。允许微小轨道偏心率(e0.017e \approx 0.017)进一步改善了该拟合,这与先前的WASP-76b轨道约束一致。我们还通过重现Tabernero等人2021年在WASP-76b中检测到的几乎所有物种的谱线,验证了我们前向建模的光谱。我们的程序在诊断相位分辨多普勒位移上的成功,展示了物理的、自洽的三维模拟在建模系外行星大气高分辨率光谱中的益处。

关键词

引用

@article{arxiv.2109.00163,
  title  = {No umbrella needed: Confronting the hypothesis of iron rain on WASP-76b with post-processed general circulation models},
  author = {Arjun B. Savel and Eliza M. -R. Kempton and Matej Malik and Thaddeus D. Komacek and Jacob L. Bean and Erin M. May and Kevin B. Stevenson and Megan Mansfield and Emily Rauscher},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2109.00163},
  year   = {2022}
}

备注

28 pages, 14 figures. Accepted to ApJ