[논문 리뷰] A Universal Nightside Temperature on Hot Jupiters due to Nocturnal Clouds

Dylan Keating, Nicolas B. Cowan|arXiv (Cornell University)|2018. 08. 31.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 17인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 낮면 복사가 다양함에도 불구하고 핫 조프이터의 밤면 온도가 약 1000 K로 일관되게 나타나는 이유를 두꺼운 구름이 열 변동성을 억제하고 특징이 없는 스펙트럼을 생성하기 때문이라고 밝힌다. 균일한 밤면 온도는 대기 파동에 의한 열 수송보다는 구름에 의한 열 균일화에 의해 더 잘 설명된다.

ABSTRACT

The nightsides of synchronously rotating planets are sensitive probes of atmospheric heat transport; detecting thermal flux from the nightside of such a planet means that energy has been transported there from its dayside. We invert orbital phase curves into longitudinally resolved brightness distributions in order to estimate the nightside effective temperatures for twelve hot Jupiters with full-orbit infrared phase curves. We find that, although dayside temperatures on hot Jupiters are proportional to their irradiation temperatures, nightside temperatures of typical hot Jupiters are approximately 1000K. The three exceptions, WASP-12b, WASP-33b, and WASP-103b, are ultra-hot Jupiters: planets with dayside temperatures hot enough to dissociate molecular hydrogen. Models predict much more varied nightside temperatures than we observe. Energy balance models provide a better fit to the observations if wave propagation is negligible for heat transport. Alternatively, the relatively uniform nightside temperatures of hot Jupiters could be due to thick clouds. Mineral or sulfide clouds, if they had sufficiently large particles, could explain the uniform nightside temperature, as well as the relatively featureless nightside spectra of these planets.

연구 동기 및 목표

• 적외선 위상곡선을 이용해 핫 조프이터의 경도별 밝기 분포를 규명하기 위해.
• 밤면 등效 온도를 추정하고 그들이 복사에 의존하는지 평가하기 위해.
• 대기 파동에 의한 열 수송인지 또는 구름 투과도가 관측된 열 균일성을 설명하는지 조사하기 위해.
• 에너지 균형 모델과 구름에 의한 열 균일화 중 어느 것이 관측된 위상곡선 데이터와 더 잘 맞는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 전 궤도 적외선 위상곡선을 경도 해상도의 밝기 분포로 반전하여 분석하기 위해.
• 12개의 핫 조프이터에 대해 위상곡선 데이터에서 밤면 등효온도를 계산하기 위해.
• 파동 전파가 무시 가능하다는 가정 하에 에너지 균형 모델의 예측과 관측된 온도를 비교하기 위해.
• 열 균일성과 특징이 없는 스펙트럼을 설명하기 위해 큰 입자 크기를 가진 광물 또는 황화물 기반의 구름 모델을 평가하기 위해.
• 구름 투과도가 열 방출과 열 수송 효율성에 미치는 영향을 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 핫 조프이터는 낮면 복사가 다양함에도 불구하고 약 1000 K의 거의 일관된 밤면 온도를 보이는가?
• RQ2 대기 파동 전파가 핫 조프이터에서 열 수송에 얼마나 기여하는가?
• RQ3 큰 입자를 가진 두꺼운 구름이 관측된 열 균일성과 특징이 없는 밤면 스펙트럼을 설명할 수 있는가?
• RQ4 파동 전파가 무시 가능하다는 가정 하에 에너지 균형 모델이 관측된 위상곡선 데이터와 얼마나 잘 맞는가?

주요 결과

• 일반적인 핫 조프이터의 밤면 등효온도는 낮면 복사 수준과 관계없이 일관되게 약 1000 K이다.
• 초고온 핫 조프이터 3개—WASP-12b, WASP-33b, WASP-103b—는 특별한 행동을 보이며, 낮면 온도가 분자 수소를 해리할 수 있을 정도로 높다.
• 파동 전파가 무시 가능하다는 가정 하에 에너지 균형 모델이 파동에 의한 열 수송이 큰 모델보다 관측 결과와 더 잘 맞는다.
• 크기가 큰 입자를 가진 광물 또는 황화물 기반의 두꺼운 구름은 균일한 밤면 온도와 특징이 없는 밤면 스펙트럼을 모두 설명할 수 있다.
• 관측된 열 균일성은 밤면 온도에 강한 변동성이 예측되는 모델과 일치하지 않는다.