Directly to content
  1. Publishing |
  2. Search |
  3. Browse |
  4. Recent items rss |
  5. Open Access |
  6. Jur. Issues |
  7. DeutschClear Cookie - decide language by browser settings

High-Contrast Imaging Characterization of Exoplanets

Samland, Matthias Severin

[img] PDF, English - main document
Download (19MB) | Terms of use

Citation of documents: Please do not cite the URL that is displayed in your browser location input, instead use the DOI, URN or the persistent URL below, as we can guarantee their long-time accessibility.

Abstract

Direct imaging of exoplanetary systems and the spectral characterization of exoplanetary atmospheres are amongst the most challenging, as well as rapidly developing fields in astronomy, propelled by new technologies and observational strategies. In this thesis, I contributed to the atmospheric analysis of exoplanets, the development of new algorithms to find faint planet signatures in the data, and the improvement of the fidelity of obtained exoplanet spectra. I performed atmospheric analyses of directly imaged planets observed with the planet imaging instrument VLT/SPHERE. For this purpose, I wrote a statistical inference code (BACON, Bayesian Atmospheric CharacterizatiON), which uses self-consistently computed model atmospheres to derive atmospheric parameters. The planets I studied in this thesis are: 51 Eridani b, one the coldest methane-rich directly imaged planets; PDS 70 b, the first young planet discovered inside the gap of its host star’s transition disk; HIP 65426 b, a planet of similar spectral type to PDS 70 b, but hotter and older; and GJ 504 b, a colder methane-rich companion which, depending on its age, could be a planet or brown dwarf. The new algorithm I developed to detect planets in high-contrast imaging data shifts the focus from an image analysis interpretation of the data, towards a time-domain analysis approach. I show that with this technique (TRAP, Temporal Reference Analysis for Exoplanets), an improvement of up to a factor of six in signal-to-noise can be achieved at very small angular separations between the planet and host star. Furthermore, I adapted the CHARIS instrument pipeline to use with SPHERE-IFS. This pipeline opens new possibilities for improving the quality of spectra obtained for exoplanets using SPHERE. Using this pipeline, I confirm the low flux emitted at around 1 micron previously obtained for 51 Eridani b, consistent with the absorption due to methane and water opacities predicted by models. Lastly, I discuss the future prospects for my work and how these approaches can be combined into a single framework.

Translation of abstract (German)

Das direkte Abbilden exoplanetarer Systeme und die spektrale Charakterisierung exoplanetarer Atmosphären gehören zu den herausforderndsten und sich am schnellsten entwickelnden Gebieten der Astronomie, die durch neue Technologien und Beobachtungsstrategien vorangetrieben werden. Ich habe zur atmosphärischen Analyse von Exoplaneten, zur Entwicklung neuer Algorithmen zum Auffinden schwacher Planetensignaturen in den Daten, sowie zur Verbesserung der Genauigkeit der erhaltenen Exoplanetenspektren beigetragen. Ich habe atmosphärische Analysen von direkt abgebildeten Planeten durchgeführt, die mit dem SPHERE Planetenabbildungsinstrument am VLT beobachtet wurden. Zu diesem Zweck habe ich einen Code für statistische Inferenz (BACON, Bayesian Atmospheric CharacterizatiON) geschrieben, der selbstkonsistent berechnete Modellatmosphären verwendet, um atmosphärische Parameter zu bestimmen. Die von mir in dieser Dissertation untersuchten Planeten sind: 51 Eridani b, einer der kältesten methanreichen direkt abgebildeten Planeten; PDS 70 b, der erste junge Planet, der in der Lücke einer zirkumstellaren Scheibe um seinen Zentralstern entdeckt wurde; HIP 65426 b, ein Planet von ähnlichem Spektraltyp wie PDS 70 b, jedoch heißer und älter; und GJ 504 b, ein kälterer methanreicher Begleiter, der je nach Alter des Systems ein Planet oder ein Brauner Zwerg seien könnte. Der neue Algorithmus, den ich zur Erkennung von Planeten in Bildsequenzdaten entwickelt habe, verlagert den Fokus von einer Interpretation des Problems von der Bildanalyse der Daten hin zu einer Zeitserien Interpretation. Ich zeige, dass mit dieser Technik (TRAP, Temporal Reference Analysis for Exoplanets) eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses um bis zu einem Faktor sechs bei sehr kleinen Winkelabständen zwischen Planet und Stern erzielt werden kann. Weiter hin habe ich die CHARIS Instrumenten-Pipeline für SPHERE-IFS angepasst. Diese Pipeline eröffnet neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Qualität der mit SPHERE beobachteten Spektren von Exoplaneten. Mit dieser Pipeline bestätige ich den niedrigen Fluss der bei einer Wellenlänge von etwa 1.3 Mikrometer für 51 Eridani b gemessen wurde, und der mit der von Modellen vorhergesagten Absorption durch Methan- und Wasseropazitäten übereinstimmt. Zuletzt diskutiere ich die Zukunftsperspektiven meiner Arbeit und wie diese Ansätze in einem gemeinsamen Framework kombiniert werden können.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Henning, Prof. Dr. Thomas
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 16 July 2019
Date Deposited: 30 Jul 2019 10:11
Date: 2019
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
About | FAQ | Contact | Imprint |
OA-LogoDINI certificate 2013Logo der Open-Archives-Initiative