Modélisation d'observations spectroscopiques, résolues en phase, d'exoplanètes de type Jupiter chaudes avec NIRISS à bord du télescope spatial JWST

Abstract

Nous présentons des simulations d'observations spectroscopiques infrarouges de la courbe de phase d'exoplanètes en transit avec le Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) en mode Single-Object Slitless Spectroscopy (SOSS), afin de déterminer quels systèmes sont susceptibles de détection positive de modulation de phase et quels paramètres planétaires peuvent et ne peuvent pas être contraints par les observations. Nous combinons des spectres d'émission, basés sur des modèles pour naines brunes, BT-Settl, modulés par la phase d'une planète autour de son étoile hôte, ainsi que des spectres de réflexion de la lumière de l'étoile. Étant donné notre connaissance de NIRISS, des bruits de photon et de lecture sont ajoutés aux observations simulées. Nous supposons que la planète est une Jupiter chaude qui peut être modélisée de deux façons.

Un premier modèle utilise deux températures, chacune caractérisant un des hémisphères de l'exoplanète, de l'ordre de 10^3 K. Ces observations simulées sont ensuite comparées à des modèles théoriques pour contraindre la température de la planète. Une simulation pour WASP-43b (une exoplanète découverte par le programme Wide-Angle Search for Planets) montre que les températures de ses hémisphères peuvent être contraintes à mieux que 50 K.

Un deuxième modèle utilise plusieurs températures selon une répartition en « quartiers d'orange ». Les algorithmes développés peuvent également ajuster le déphasage de l'hémisphère chaud sur l'exoplanète, l'albédo de l'exoplanète et la variabilité de l'étoile. Des simulations montrent que ces températures peuvent être contraintes, pour WASP-43b et HD-189733b, à 200 K près et, pour WASP-19b, à 350 K près.

We present simulations of infrared spectroscopic observations of the phase curve of exoplanets in transit with the Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) in the Single-Object Slitless Spectroscopy mode (SOSS) in order to determine which systems can provide positive detections of phase modulation and which planetary parameters can and cannot be constrained by the observations. We combine emission spectra, based on a model for brown dwarf, BT-Settl, modulated by the phase of a planet around its host star, as well as reflection spectra of the star light. Given our knowledge of NIRISS, photon noise and read noise are added to the simulated observations. We assume that the planet is a hot Jupiter that can be modeled in two ways.

A first model uses two temperatures, each characterizing one of the hemispheres of the exoplanet, which values are of the order of 10^3 K. These simulated observations are then compared to theoretical models to constrain the temperature of the planet. A simulation for WASP-43b (a exoplanet found by the Wide-Angle Search for Planets program) shows that the temperatures of its hemispheres can be constrained to better than 50 K.

A second model uses several temperatures according to a distribution in ``orange slices". The algorithms developed may also adjust the hot hemisphere phase shift on the exoplanet, the albedo of the exoplanet and the variability of the star. Simulations show that these temperatures can be constrained, for WASP-43b and HD-189733b, with an uncertainty of 200 K and, for WASP-19b, with one of 350 K.