Ricerca di sodio nell'atmosfera di esopianeti a ridosso del deserto dei Nettuniani

The hot Neptune desert is a region in the "planetary radius vs. orbital period" space lacking short-period Neptune-sized planets among the exoplanets discovered so far. Stellar irradiation is thought to lead to the hydrodynamic expansion of their atmosphere and its dramatic escape into space. Planets at the border of the desert are either surviving (they are massive enough to retain their atmosphere), or undergoing photoevaporation. Therefore, they are ideal targets to better understand the Neptune desert. The exoplanet team at the Department of Astronomy of the University of Geneva carried out a survey of transiting planets located at the border of the desert. Transits were observed with the HARPS and HARPS-N high-resolution optical spectrographs to identify atmospheric species at optical wavelengths. Within this context, the goal of my MSc thesis project is to search for the sodium absorption lines at 589.0 and 589.6 nm in the transmission spectra of 10 transiting planets in the survey. Its signature provides precious information on the intermediate layers of planetary atmospheres, leading to a more comprehensive understanding of planetary formation and evolution, including photoevaporation processes. I used a customized Python pipeline to reduce the high-resolution spectra. I assessed the functionality of the pipeline and tested it with the HARPS and HARPS-N data. I finally extracted the transmission spectra of the planetary atmospheres removing the contamination from the H2O and O2 absorption lines produced in the Earth's atmosphere.

Guardando alla popolazione di pianeti extrasolari scoperti finora, lo spazio "raggio planetario vs periodo orbitale" mostra un’assenza di pianeti della dimensione di Nettuno a breve periodo orbitale. Questa regione prende quindi il nome di “deserto di Nettuniani caldi”. Si ritiene che la radiazione proveniente dalla stella ospitante porti all'espansione idrodinamica della loro atmosfera e alla sua conseguente fuga nello spazio. I pianeti al confine del deserto stanno di fatto subendo fotoevaporazione oppure sopravvivendo ad essa (se sono sufficientemente massivi da trattenere la propria atmosfera). Pertanto, sono obiettivi ideali da studiare per comprendere meglio il deserto e le sue origini. Il gruppo di ricerca in esopianeti presso il Dipartimento di Astronomia dell'Università di Ginevra ha condotto una survey su pianeti transitanti situati al confine del deserto. I transiti sono stati osservati con gli spettrografi ottici ad alta risoluzione HARPS e HARPS-N, per identificare le specie atmosferiche che assorbono nel visibile. In questo contesto, l'obiettivo del mio progetto di tesi magistrale è cercare le linee di assorbimento del sodio a 589.0 e 589.6 nm negli spettri di trasmissione HARPS e HARPS-N, per 10 pianeti della survey. Tale elemento tracciante, infatti, fornisce preziose informazioni sugli strati intermedi delle atmosfere planetarie, portando a una comprensione più completa della formazione ed evoluzione dei pianeti, compresi i processi di fotoevaporazione. Per la riduzione degli spettri ad alta risoluzione, ho utilizzato una pipeline Python, di cui ho valitato alcune funzionalità e che ho testato con i dati raccolti da HARPS e HARPS-N. Infine, ho estratto gli spettri di trasmissione delle atmosfere planetarie rimuovendo le contaminazioni dalle linee di assorbimento di H2O e O2 prodotte nell'atmosfera terrestre.