NUGROHO Stevanus Kristianto

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博士学位論文の要旨及び審査結果の要旨 (Summary of Thesis(DR))othe

NUGROHO, Stevanus Kristianto

Tohoku University Repository (TOUR) / 東北大学機関リポジトリ

Characterization of Exoplanet Atmospheresusing High-resolution Spectroscopy: Searchingfor TiO Signature in the Atmosphere ofWASP-33b and HD 209458b著者 NUGROHO Stevanus Kristiantonumber 82学位授与機関 Tohoku University学位授与番号 理博第3156号URL http://hdl.handle.net/10097/00123959（別紙様式５）                                       論 文 内 容 要 旨 (NO．1) 氏  名 STEVANUS KRISTIANTO NUGROHO 提出年 平成 30 年 学位論文の 題   目 Characterization of Exoplanet Atmospheres using High-resolution Spectroscopy: Searching for TiO Signature in the Atmosphere of WASP-33b and HD 209458b  「高分散分光による太陽系外惑星大気の研究 : WASP-33b および HD209458b の大気における TiO 分子線観測」  論 文 目 次 1. Introduction 2. Methodology 3. High-resolution Spectroscopic Detection of TiO and a Stratosphere in the Day-side of WASP-33b  4. Reinvestigating the atmospheric limb of HD 209458b using High-resolution Transmission Spectroscopy: Searching for the Signature of TiO 5. Outlook and Future Prospect   Abstract High-resolution spectroscopy is a powerful tool to characterize the exoplanet atmosphere as it is able to resolve molecular bands into individual absorption lines allowing a robust molecular species detection. This technique is able to distinguish the exoplanet lines from telluric and stellar lines due to the variation of Doppler shift of the planet during the observation. It has been predicted that titanium oxide (TiO) and/or vanadium oxide (VO) causing thermal inversions in the atmosphere of the very hot Jupiter but there was no strong observational evidence to support with. Thermal inversion is a common phenomenon that can be found in the solar system planets including our Earth. The existence of this layer affects the atmospheric dynamics and the thermal evolution of the planet. The hot Jupiter is a very unique planet that we do not have in our solar system. Therefore, it is very important to detect the responsible compound of thermal inversion in the hot Jupiter to understand the exoclimate of this planetary group.   The aims of this thesis are to find TiO in the atmosphere of hot Jupiter and solve whether it is the responsible molecule for the thermal inversion layer in the hot Jupiter or not using high-resolution spectroscopy.  I observed the emission spectrum of WASP-33b (T$_{day}$= 3400 K) and the transmission spectrum of HD 209458b (T$_{eq}$= 1800 K) using High Dispersion Spectrograph (HDS; R~165,000) on Subaru telescope in the wavelength range of 0.62-0.88 $¥mu$m. We remove the systematics from the instrument, the telluric and stellar lines using SYSREM and cross-correlated with planet model spectrum.  （別紙様式５）                                        I succeeded to simultaneously detect the first high-resolution TiO emission signature and confirm the existence of the stratosphere on the day-side atmosphere of WASP-33b by 4.8-$¥sigma$. This detection provides the first direct evidence of TiO being the responsible molecule of thermal inversion in the hot Jupiter and estimates the maximum TiO condensate size of 3-5 $¥mu$m in the atmosphere of WASP-33b.   Meanwhile, there is no TiO signature in the transmission spectrum of HD209458b down to the volume mixing ratio of 10$^{-8}$ which is set by the enhanced Rayleigh scattering slope. The non-detection is best explained by the cold trap in its atmosphere and is consistent with the previous studies constraining the non-inverted atmosphere of HD 209458b. These results highlight the need to continue the research of finding TiO in the atmosphere of moderate hot Jupiter to extend our understanding of the thermal inversion layer in the hot Jupiter. 別 紙  論文審査の結果の要旨  Stevanus Kristiant Nugroho 氏が提出した学位論文は、すばる望遠鏡を用いて、「ホットジュピター」と分類される太陽系外惑星 WASP-33b および HD209458b についての可視光高波長分解能観測を行ってその結果を解析し、主星放射の吸収による大気加熱を主として担うと考えられる TiO 分子が検出されるかを調べて、さらに温度逆転相の存在の有無とその形成メカニズムを明らかにしようとする研究の成果をまとめたものである。その成果として、第１に WASP-33b の大気中の TiO 分子の検出に成功した。ホットジュピターの TiO 分子の検出として同様に確度の高いものは世界的にもこれまでになく、画期的な観測成果と呼べる。また、この観測結果と惑星大気モデルを用いた解析から惑星 WASP33b の大気に地球の成層圏のような温度逆転層が存在することを明らかにした。この温度逆転層は、検出された TiO 分子が主星放射の吸収により大気加熱に寄与することによって形成されたものである。HD209458b のトランジット（掩蔽）位相での吸収線観測からは TiO 分子は検出されずその含有量の上限値に対し有意な制限を得ている。さらに、論文ではこれらの結果を合わせ、惑星の有効温度、また、凝縮時のサイズなどに基づいて、冷却凝縮過程が惑星全体として有効に働く条件についての知見を示している。以上は第一線の観測装置を用いたオリジナルなデータに基づくユニークな研究であり、また、太陽系外惑星大気研究分野において国際的にも画期的な観測成果と評価され、博士学位論文に値するものと判断される。                       

Characterization of Exoplanet Atmospheres using High-resolution Spectroscopy: Searching for TiO Signature in the Atmosphere of WASP-33b and HD 209458b

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高分散分光による太陽系外惑星大気の研究：WASP-33b および HD209458b の大気における TiO 分子線観測

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