Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/29869

Type: Dissertação
Title: Conexões planeta-estrela através do estudo das atmosferas de Jupíteres quentes
Author(s)/Inventor(s): Navia, Micah Guimarães do Carmo
Advisor: Ghezzi, Luan
Co-advisor: Gamba, Patricia Cruz
Abstract: Nas últimas três décadas, a pesquisa em exoplanetas avançou consideravelmente, incluindo a identificação de uma classe peculiar denominada Jupíteres quentes logo nas primeiras detecções. Esses exoplanetas possuem raios e massas comparáveis aos de Júpiter, mas orbitam suas estrelas hospedeiras em períodos extremamente curtos, inferiores a dez dias, o que os expõe a níveis intensos de radiação estelar e resulta em temperaturas extremamente altas. A proximidade com a estrela sugere que a radiação pode impactar significativamente suas atmosferas. Para explorar esses efeitos, estudos analisam dados de eclipses secundários, que ocorrem quando o planeta é ocultado pela estrela. Essas observações permitem estimar a emissão térmica das atmosferas, determinando temperaturas de brilho no infravermelho e detectando características como inversões térmicas, que correspondem a mudanças no gradiente de temperatura em função da pressão atmosférica. Utilizamos dados de eclipses secundários observados em comprimentos de onda no infravermelho médio (3,6, 4,5, 5,8 e 8 µm, obtidos pelo Spitzer) e próximo (J, H e Ks) considerando uma amostra de 95 Jupíteres quentes para testar a hipótese de que planetas sem inversão térmica orbitam estrelas ativas, enquanto aqueles com inversão estão ao redor de estrelas inativas. Para isso, reproduzimos e atualizamos duas abordagens de trabalhos anteriores que usam dados de eclipse secundário nas bandas 3,6 e 4,5 µm para classificar as atmosferas de Jupíteres quentes. Neste trabalho, expandimos a análise para todas as bandas mencionadas anteriormente. Além disso, fizemos uma série de comparações entre parâmetros estelares, planetários e do sistema planeta-estrela, separando as amostras em exoplanetas com e sem inversão. Os resultados mostraram uma correlação significativa entre as temperaturas de brilho nas bandas H, 5,8 µm e 8,0 µm e o índice de atividade cromosférica log R′HK. Verificamos que as distribuições de exoplanetas com e sem inversão em relação a log R′HK são estatisticamente diferentes (p < 0,05), assim como as distribuições para o índice empírico na cor 3,6- 4,5 µm. Além disso, confirmamos hipóteses de trabalhos anteriores ao verificarmos a presença de inversão térmica nas atmosferas mais irradiadas, e a ausência nas menos irradiadas. Dessa forma, concluímos que a radiação estelar exerce uma influência significativa nas propriedades atmosféricas dos Jupíteres quentes, e que a inversão térmica pode resultar da interação complexa entre múltiplos fatores, incluindo características da estrela hospedeira e condições específicas do planeta. Esses resultados servem como base inicial para o estudo de atmosferas de exoplanetas rochosos, como as super-Terras.
Abstract: In the last three decades, exoplanet research has advanced considerably, including the identification of a peculiar class known as hot Jupiters early in the first detections. These exo planets have radii and masses comparable to Jupiter’s but orbit their host stars in extremely short periods, with less than ten days. This proximity subjects them to intense stellar radiation, resulting in extremely high temperatures. The closeness to their stars suggests that radiation may significantly impact their atmospheres. To explore these effects, studies analyze data from secondary eclipses, which occur when the planet is occulted by its star. These observations allow the estimation of the atmospheres’ thermal emission, determining brightness temperatures in the infrared and detecting features such as thermal inversions, which represent changes in the temperature gradient as a function of atmospheric pressure. We used secondary eclipse data at mid-infrared wavelengths (3.6, 4.5, 5.8, and 8 µm, obtained by Spitzer) and near-infrared (J, H, and Ks), considering a sample of 95 hot Jupiters to test the hypothesis that planets without thermal inversions orbit active stars, while those with inversions orbit inactive stars. For this, we reproduced and updated two approaches from previous works that use secondary eclipse data in the 3.6 and 4.5 µm bands to classify the atmospheres of hot Jupiters. In this work, we expanded the analysis to all the bands mentioned above. Additionally, we performed various comparisons between stellar, planetary, and planet-star system parameters, separating the samples into exo planets with and without inversions. The results showed a significant correlation between the brightness temperatures in the H, 5.8 µm, and 8.0 µm bands and the chromospheric activity index log R′HK. We found that the distributions of exoplanets with and without inversion relative to log R′HK are statistically different (p < 0.05), as the distributions for the empirical index in the 3.6 - 4.5 µm color. Furthermore, we confirmed hypotheses from previous studies by observing the presence of thermal inversions in the most irradiated atmospheres and their absence in the less irradiated ones. Thus, we conclude that stellar radiation significantly influences the atmospheric properties of hot Jupiters and that thermal inversions may result from the complex interplay of multiple factors, including host star characteristics and specific planetary conditions. These results serve as an initial foundation for studying the atmospheres of rocky exoplanets, such as super-Earths.
Keywords: Exoplanetas
Atmosferas planetárias
Atividade cromosférica
Exoplanets
Planetary atmospheres
Chromospheric activity
Subject CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::ASTRONOMIA
Program: Programa de Pós-Graduação em Astronomia
Production unit: Observatório do Valongo
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: 26-Feb-2025
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Citation: NAVIA, Micah Guimarães do Carmo. Conexões planeta-estrela através do estudo das atmosferas de Jupíteres quentes. 2025. 154 f. Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Observatório do Valongo, Programa de Pós-Graduação em Astronomia, Rio de Janeiro, 2025
Appears in Collections:Astronomia

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