Evidence of energy-, recombination-, and photon-limited escape regimes in giant planet H/He atmospheres

Hydrodynamic escape is the most efficient atmospheric mechanism of planetary mass loss and has a large impact on planetary evolution. Three hydrodynamic escape regimes have been identified theoretically: energy-limited, recombination-limited, and photon-limited. However, no evidence of these regimes...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autores: Lampón, M., López Puertas, M., Czesla, S., Sánchez López, A., Lara, L. M., Salz, M., Sanz-Forcada, Jorge, Molaverdikhani, K., Quirrenbach, A., Pallé, E., Caballero, J. A., Henning, T., Nortmann, L., Amado, P. J., Montes, D., Reiners, A., Ribas, I.
Tipo de recurso: artículo
Estado:Versión publicada
Fecha de publicación:2021
País:España
Institución:Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA)
Repositorio:DIGITAL.INTA Repositorio Digital del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial
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Centro de Excelencia Científica Severo Ochoa Instituto de Astrofísica de Canarias, SEV-2015-0548
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description Hydrodynamic escape is the most efficient atmospheric mechanism of planetary mass loss and has a large impact on planetary evolution. Three hydrodynamic escape regimes have been identified theoretically: energy-limited, recombination-limited, and photon-limited. However, no evidence of these regimes had been reported until now. Here, we report evidence of these three regimes via an analysis of a helium I triplet at 10 830 Å and Lyα absorption involving a 1D hydrodynamic model that allows us to estimate hydrogen recombination and advection rates. In particular, we show that HD 209458 b is in the energy-limited regime, HD 189733 b is in the recombination-limited regime, and GJ 3470 b is in the photon-limited regime. These exoplanets can be considered as benchmark cases for their respective regimes.
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ENTENDIENDO LA ESTRUCTURA INTERNA, LA EVOLUCION Y LA VARIABILIDAD DE ESTRELLAS DE BAJA MASA CON PLANETAS
ATMOSFERA Y CLIMA DE LA TIERRA Y EXO-PLANETAS
EXPLOTACION CIENTIFICA DE CARMENES Y PREPARACION DE LOS PROXIMOS BUSCADORES DE EXOPLANETAS
ENANAS MARRONES Y PLANETAS AISLADOS Y COMO COMPAÑEROS DE ESTRELLAS
ENANAS MARRONES COMO ANALOGOS DE EXOPLANETAS
ENANAS FRIAS COMO ANFITRIONAS DE EXOPLANETAS: PARAMETROS ESTELARES Y ACTIVIDAD MAGNETICA
ENANAS MARRONES Y PLANETAS AISLADOS Y ALREDEDOR DE ESTRELLAS
DETECCION Y CARACTERIZACION DE LOS SISTEMAS PLANETARIOS EN ESTRELLAS ENANAS M: ENTENDIENDO SU ESTRELLA Y SUS PLANETAS
PONIENDO LA TIERRA Y EL SISTEMA SOLAR EN CONTEXTO: CIENCIA Y TECNOLOGIA DE CARMENES, CHEOPS, PLATO Y ARIEL
Exoplanet atmospheres as indicators of life: From hot gas giants to Earth-like planets
ESTRUCTURA, PROCESOS Y CLIMA DE LAS ATMOSFERAS DE LA TIERRA Y EXO-PLANETAS
SEARCH AND CHARACTERIZATION OF EXOEARTHS: THE ROAD TO ARIEL
MODELO DE REPUESTO Y DE VUELO DE SUBSISTEMAS DE JANUS Y GALA. FORMACION Y EVOLUCION DE SISTEMAS PLANETARIOS: DESDE CUERPOS MENORES A EXOPLANETAS
FASES C/D DE INSTRUMENTOS JANUS Y GALA DE LA MISION JUICE (ESA), CIENCIA CON LA MISION ROSETTA Y ATMOSFERAS EXOPLANETARIAS
From Planet-Forming Disks to Giant Planets
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spelling Evidence of energy-, recombination-, and photon-limited escape regimes in giant planet H/He atmospheresLampón, M.López Puertas, M.Czesla, S.Sánchez López, A.Lara, L. M.Salz, M.Sanz-Forcada, JorgeMolaverdikhani, K.Quirrenbach, A.Pallé, E. Caballero, J. A.Henning, T.Nortmann, L.Amado, P. J.Montes, D.Reiners, A.Ribas, I.Planets and satellites: atmospheresPlanets and satellites: gaseous planetsPlanets and satellites: individual: GJ 3470 bPlanets and satellites: individual: HD 209458 bPlanets and satellites: individual: HD 189733 bHydrodynamic escape is the most efficient atmospheric mechanism of planetary mass loss and has a large impact on planetary evolution. Three hydrodynamic escape regimes have been identified theoretically: energy-limited, recombination-limited, and photon-limited. However, no evidence of these regimes had been reported until now. Here, we report evidence of these three regimes via an analysis of a helium I triplet at 10 830 Å and Lyα absorption involving a 1D hydrodynamic model that allows us to estimate hydrogen recombination and advection rates. In particular, we show that HD 209458 b is in the energy-limited regime, HD 189733 b is in the recombination-limited regime, and GJ 3470 b is in the photon-limited regime. These exoplanets can be considered as benchmark cases for their respective regimes.We thank the referee for very useful comments. CARMENES is an instrument for the Centro Astronomico Hispano-Aleman (CAHA) at Calar Alto (Almeria, Spain), operated jointly by the Junta de Andalucia and the Instituto de Astrofisica de Andalucia (CSIC). CARMENES was funded by the Max-Planck-Gesellschaft (MPG), the Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (CSIC), the Ministerio de Economia y Competitividad (MINECO) and the European Regional Development Fund (ERDF) through projects FICTS-2011-02, ICTS-2017-07-CAHA-4, and CAHA16-CE-3978, and the members of the CARMENES Consortium (Max-Planck-Institut fur Astronomie, Instituto de Astrofisica de Andalucia, Landessternwarte Konigstuhl, Institut de Ciencies de l'Espai, Institut fur Astrophysik Gottingen, Universidad Complutense de Madrid, Thuringer Landessternwarte Tautenburg, Instituto de Astrofisica de Canarias, Hamburger Sternwarte, Centro de Astrobiologia and Centro Astronomico Hispano-Aleman), with additional contributions by the MINECO, the Deutsche Forschungsgemeinschaft through the Major Research Instrumentation Programme and Research Unit FOR2544 Blue Planets around Red Stars, the Klaus Tschira Stiftung, the states of Baden-Wurttemberg and Niedersachsen, and by the Junta de Andalucia. We acknowledge financial support from the Agencia Estatal de Investigacion of the Ministerio de Ciencia, Innovacion y Universidades and the ERDF through projects ESP2016-76076-R, ESP2017-87143-R, BES-2015-074542, PID2019-110689RB-I00/AEI/10.13039/501100011033, PGC2018-099425-B-I00, PID2019-109522GB-C51/2/3/4, PGC2018-098153-B-C33, AYA2016-79425-C3-1/2/3-P, ESP2016-80435-C2-1-R, and the Centre of Excellence Severo Ochoa and Maria de Maeztu awards to the Instituto de Astrofisica de Canarias (SEV-2015-0548), Instituto de Astrofisica de Andalucia (SEV-2017-0709), and Centro de Astrobiologia (MDM-2017-0737), and the Generalitat de Catalunya/CERCA programme. T.H. acknowledges support from the European Research Council under the Horizon 2020 Framework Program via the ERC Advanced Grant Origins 832428. A.S.L. acknowledges funding from the European Research Council under the European Union's Horizon 2020 research and innovation program under grant agreement No 694513.PeerreviewEDP SciencesUnidad de Excelencia Científica María de Maeztu Centro de Astrobiología del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial y CSIC, MDM-2017-0737Centro de Excelencia Científica Severo Ochoa Instituto de Astrofísica de Andalucía , SEV-2017-0709Centro de Excelencia Científica Severo Ochoa Instituto de Astrofísica de Canarias, SEV-2015-0548Lampón, M. [0000-0002-0183-7158]López Puertas, M. [0000-0003-2941-7734]Sánchez López, A. [0000-0002-0516-7956]Lara, L. M. [0000-0002-7184-920X]Sanz Forcada, J. [0000-0002-1600-7835]Molaverdikhani, K. [0000-0002-0502-0428]Caballero, J. A. [0000-0002-7349-1387]Nortmann, L. [0000-0001-8419-8760]Amado, P. J. [0000-0001-8012-3788]Montes, D. [0000-0002-7779-238X]Ribas, I. [0000-0002-6689-0312]Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)Junta de AndalucíaEuropean Regional Development Fund (ERDF)Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)Agencia Estatal de Investigación (AEI)Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO)Generalitat de CatalunyaEuropean Research Council (ERC)202220222021info:eu-repo/semantics/articleinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501application/pdfhttps://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2021/04/aa40423-21/aa40423-21.htmlhttp://hdl.handle.net/20.500.12666/630reponame:DIGITAL.INTA Repositorio Digital del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacialinstname:Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA)InglésBES-2015-074542info:eu-repo/grantAgreement/AEI/Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2013-2016/ESP2016-76076-RENTENDIENDO LA ESTRUCTURA INTERNA, LA EVOLUCION Y LA VARIABILIDAD DE ESTRELLAS DE BAJA MASA CON PLANETASATMOSFERA Y CLIMA DE LA TIERRA Y EXO-PLANETASEXPLOTACION CIENTIFICA DE CARMENES Y PREPARACION DE LOS PROXIMOS BUSCADORES DE EXOPLANETASENANAS MARRONES Y PLANETAS AISLADOS Y COMO COMPAÑEROS DE ESTRELLASENANAS MARRONES COMO ANALOGOS DE EXOPLANETASENANAS FRIAS COMO ANFITRIONAS DE EXOPLANETAS: PARAMETROS ESTELARES Y ACTIVIDAD MAGNETICAENANAS MARRONES Y PLANETAS AISLADOS Y ALREDEDOR DE ESTRELLASDETECCION Y CARACTERIZACION DE LOS SISTEMAS PLANETARIOS EN ESTRELLAS ENANAS M: ENTENDIENDO SU ESTRELLA Y SUS PLANETASPONIENDO LA TIERRA Y EL SISTEMA SOLAR EN CONTEXTO: CIENCIA Y TECNOLOGIA DE CARMENES, CHEOPS, PLATO Y ARIELExoplanet atmospheres as indicators of life: From hot gas giants to Earth-like planetsESTRUCTURA, PROCESOS Y CLIMA DE LAS ATMOSFERAS DE LA TIERRA Y EXO-PLANETASSEARCH AND CHARACTERIZATION OF EXOEARTHS: THE ROAD TO ARIELMODELO DE REPUESTO Y DE VUELO DE SUBSISTEMAS DE JANUS Y GALA. FORMACION Y EVOLUCION DE SISTEMAS PLANETARIOS: DESDE CUERPOS MENORES A EXOPLANETASFASES C/D DE INSTRUMENTOS JANUS Y GALA DE LA MISION JUICE (ESA), CIENCIA CON LA MISION ROSETTA Y ATMOSFERAS EXOPLANETARIASFrom Planet-Forming Disks to Giant Planetsinfo:eu-repo/grantAgreement/AEI/Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2013-2016/ESP2017-87143-Rinfo:eu-repo/grantAgreement/MINECO//BES-2015-074542info:eu-repo/grantAgreement/AEI/Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2017-2020/PID2019-110689RB-I00info:eu-repo/grantAgreement/AEI/Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2017-2020/PGC2018-099425-B-I00info:eu-repo/grantAgreement/AEI/Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2017-2020/PID2019-109522GB-C51info:eu-repo/grantAgreement/AEI/Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2017-2020/PID2019-109522GB-C52info:eu-repo/grantAgreement/AEI/Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2017-2020/PID2019-109522GB-C53info:eu-repo/grantAgreement/AEI/Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2017-2020/PID2019-109522GB-C54info:eu-repo/grantAgreement/AEI/Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2017-2020/PGC2018-098153-B-C33info:eu-repo/grantAgreement/AEI/Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2013-2016/AYA2016-79425-C3-1-Pinfo:eu-repo/grantAgreement/AEI/Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2013-2016/AYA2016-79425-C3-2-Pinfo:eu-repo/grantAgreement/AEI/Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2013-2016/AYA2016-79425-C3-3-Pinfo:eu-repo/grantAgreement/AEI/Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2013-2016/ESP2016-80435-C2-1-Rinfo:eu-repo/grantAgreement/MINECO//SEV-2015-0548info:eu-repo/grantAgreement//MINECO/ICTI2013-2016info:eu-repo/grantAgreement/EC/H2020/832428info:eu-repo/grantAgreement/EC/H2020/694513Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International© ESO 2021https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessoai:digital.inta.es:20.500.12666/6302026-06-23T12:46:37Z
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