論文関連の(ほぼ)個人用メモ。



arXiv:1805.00038
Lothringer et al. (2018)
Extremely Irradiated Hot Jupiters: Non-Oxide Inversions, H- Opacity, and Thermal Dissociation of Molecules
(極端に輻射を受けるホットジュピター：酸化物無しの温度逆転，H- 不透明度，分子の熱解離)

概要

極めて強く輻射を受けるホットジュピターは，昼側の温度が 2000 K 以上に達し，我々の惑星大気への理解のため，および観測を解釈するために用いるモデルを拡張する．このような種類の天体は，他のあらゆる特性で惑星であるが，それらの低圧領域での大気の温度だけは恒星大気に匹敵する．

これらの天体の性質に関する先験的・理論的な予測を行うため，ここでは PHOENIX 大気モデルのコードを用いて，多数の非常に高温なホットジュピター大気の自己無撞着なモデル化を行った．PHOENIX は，低温の褐色矮星から膨張する超新星のシェルにわたる幅広い種類の天体で十分に試験された数値モデルであり，紫外線から遠赤外線までの不透明度データベースにより，強く輻射を受けるホットジュピターを理解するのに適している．


モデル化の結果，2500 K を超えるホットジュピターとそうでない低温の惑星との間に，いくつかの本質的な違いを発見した．

一つ目は，大気中の鉄やマグネシウムのような金属原子による吸収，SiO と金属水素化物を含む分子，H^- イオンのような連続的な不透明度源は，スペクトル型が早期型である中心星の短波長での放射と組み合わさることで，大気中の TiO (酸化チタン) や VO (酸化バナジウム) を必要とせずに，大気の強い温度逆転を生じるという点である．

二つ目は，水や TiO，VO を含む多くの分子種は，二次食の観測で探査される大気圧力領域では熱解離を起こしているという点である．それにより，鉛直方向に一様な化学種の存在度を仮定している復元アルゴリズムにはバイアスが生じる．

ここでは，これらの天体のその他の興味深い特性について議論し，またこの独特な天体の観測と特徴付けの将来の展望及び予測についても議論する．

主な結論

・2500 K を超える惑星の二次食観測で探査される大気圧力領域では，TiO や VO の有無に関わらず温度逆転が形成される．これは，早期型の中心星からの短波長での輻射と，波長に対して連続的な不透明度源 (金属原子，SiO，金属水素化物) による，短波長での吸収が起きることの組み合わせによって起きる．

・これらの高温の温度逆転の存在により，大部分の分子は 10 - 100 mbar の圧力領域で熱解離され，大気から重要な冷却源を奪う．結果的に，鉛直方向に一様な存在度を仮定する復元解析では，推定される分子存在度が太陽より少ない方向に偏る．

・将来の二次食観測と高分散分光観測では，このような惑星のスペクトルは分子の特徴を欠いたものになることが予想される．例外は一酸化炭素である．一酸化炭素は結合が強い分子であり，他の分子に比べて高い温度でも生き残る．

Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) の観測では，平衡温度が 2000 K を超え，木星よりも大きな半径を持ち，中心星の K バンド等級が 13 より明るい惑星を，81 個ほど発見することが期待されている．これにより，強く輻射を受けるホットジュピターの発見個数が増加するはずである．
ハッブル宇宙望遠鏡やジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡，そして次世代の超大型望遠鏡でこれらの大気の特徴付けができると考えられる．

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