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The high-energy environment and atmospheric escape of the mini-Neptune K2-18 b

Authors :
David Ehrenreich
Nicola Astudillo-Defru
Stéphane Udry
Xavier Bonfils
Vincent Bourrier
Christophe Lovis
Leonardo A. dos Santos
Francesco Pepe
François Forget
Observatoire Astronomique de l'Université de Genève (ObsGE)
Université de Genève (UNIGE)
Universidad Católica de la Santísima Concepción (UCSC)
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG)
Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG )
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Laboratoire de Météorologie Dynamique (UMR 8539) (LMD)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-École des Ponts ParisTech (ENPC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département des Géosciences - ENS Paris
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)
Université de Genève = University of Geneva (UNIGE)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France -Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636))
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)
Source :
Astronomy and Astrophysics-A&A, Astronomy and Astrophysics-A&A, EDP Sciences, 2020, 634, pp.L4. ⟨10.1051/0004-6361/201937327⟩, Astronomy & Astrophysics, Astronomy and Astrophysics-A&A, 2020, 634, pp.L4. ⟨10.1051/0004-6361/201937327⟩
Publication Year :
2020
Publisher :
HAL CCSD, 2020.

Abstract

K2-18 b is a transiting mini-Neptune that orbits a nearby (38 pc) cool M3 dwarf and is located inside its region of temperate irradiation. We report on the search for hydrogen escape from the atmosphere K2-18 b using Lyman-$\alpha$ transit spectroscopy with the Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) instrument installed on the Hubble Space Telescope (HST). We analyzed the time-series of the fluxes of the stellar Lyman-$\alpha$ emission of K2-18 in both its blue- and redshifted wings. We found that the average blueshifted emission of K2-18 decreases by $67\% \pm 18\%$ during the transit of the planet compared to the pre-transit emission, tentatively indicating the presence of H atoms escaping vigorously and being blown away by radiation pressure. This interpretation is not definitive because it relies on one partial transit. Based on the reconstructed Lyman-$\alpha$ emission of K2-18, we estimate an EUV irradiation between $10^1-10^2$ erg s$^{-1}$ cm$^{-2}$ and a total escape rate in the order of $10^8$ g s$^{-1}$. The inferred escape rate suggests that the planet will lose only a small fraction (< 1%) of its mass and retain its volatile-rich atmosphere during its lifetime. More observations are needed to rule out stellar variability effects, confirm the in-transit absorption and better assess the atmospheric escape and high-energy environment of K2-18 b.<br />Comment: 5 pages, 4 figures, accepted for publication in A&A Letters, V2 with editorial corrections

Details

Language :
English
ISSN :
00046361
Database :
OpenAIRE
Journal :
Astronomy and Astrophysics-A&A, Astronomy and Astrophysics-A&A, EDP Sciences, 2020, 634, pp.L4. ⟨10.1051/0004-6361/201937327⟩, Astronomy & Astrophysics, Astronomy and Astrophysics-A&A, 2020, 634, pp.L4. ⟨10.1051/0004-6361/201937327⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....a8716fa35c819fc7fc083750de6224a6
Full Text :
https://doi.org/10.1051/0004-6361/201937327⟩