Exoplanets Characterization: from Ultra-short Period Planets to Ultra-hot Jupiters Atmospheres

La scoperta di pianeti che orbitano intorno ad altre stelle è uno degli eventi più importanti nell'astrofisica galattica degli ultimi due decenni. Dalla scoperta del primo esopianeta nel 1995, il numero di esopianeti scoperti è cresciuto sempre più in fretta e attualmente conosciamo più di 4,000 pianeti, molto diversi per dimensioni e distanza dalla stella ospite e anche in fattori come temperatura, massa, densità. La diversità degli esopianeti è un fattore chiave per comprendere la formazione dei sistemi planetari e in particolare la formazione del Sistema Solare e del nostro pianeta, la Terra. Questo è il motivo per cui la scienza osservativa degli esopianeti si sta concentrando su due diversi obiettivi: i) la caratterizzazione degli esopianeti, nel tentativo di determinare il raggio, la massa, la densità e la composizione degli oggetti osservati e ii) la caratterizzazione delle loro atmosfere, stabilendo gli elementi che l'atmosfera di un pianeta può supportare e i meccanismi che guidano i processi atmosferici. Caratterizzazione degli Esopianeti La fotometria, con il metodo dei transiti si è rivelato senza dubbio il metodo di scoperta di esopianeti con il maggior successo. La forza di questo metodo è il numero di parametri che possono essere ottenuti osservando il transito dei pianeti, soprattutto in combinazione con le osservazioni di velocità radiale (VR). In questo contesto, uno dei gruppi più prolifici è il Consorzio GTO di HARPS-N, che sfrutta l'alta risoluzione e l'estrema stabilità dello spettrografo HARPS-N, installato al Telescopio Nazionale Galileo, per caratterizzare e scoprire esopianeti combinando il metodo dei transiti e quello delle velocità radiali. Come collaboratore di questo gruppo, ho studiato un pianeta candidato scoperto dalla Campagna 16 della missione K2, HD 80653 b, una super-Terra che transita davanti alla sua stella con un periodo orbitale molto breve, e ho usato le VR HARPS-N per caratterizzarlo, ottenendo la sua mass
The discovery of planets orbiting around stars other than the Sun is by far the most relevant event in the galactic astrophysics of the last two decades. Since the discovery of the first exoplanet in 1995, the number of exoplanets discovered grew fast and we currently know more than 4,000 exoplanets, very diverse in dimension and distance from parent stars and also in factors as temperature, mass, density. The diversity of exoplanets is a key factor to understand more about the formation of planetary systems and in particular the formation of the Solar System and our planet, the Earth. This is the reason why observational exoplanetary science is currently focusing on two different fields: i) the characterization of exoplanets, trying to determine the radius, the mass, the density and the bulk composition of the objects observed, and ii) the characterization of their atmospheres, establishing the elements that the atmosphere of a planet supports and the mechanisms that drive the atmospheric processes. Characterization of Exoplanets Photometry with the transit method has arguably been the most successful exoplanet discovery method to date. The method’s strength is the rich set of parameters that can be obtained from transiting planets, in particular in combination with RV observations. In this framework, one of the most prolific groups is the HARPS-N Guaranteed Time Observations (GTO) Consortium, that makes use of the high resolution (R = 115,000) and extreme stability of the HARPS-N spectrograph, installed on the Telescopio Nazionale Galileo (TNG), to characterize and discover exoplanets by combining transits and RV methods. As a collaborator of this group, I studied a candidate planet discovered by K2 Campaign 16, HD 80653 b, a super-Earth planet transiting the star on a short period orbit, and used HARPS-N RV data to characterize it, finding its mass and defining its bulk density. It belongs to a peculiar class of exoplanets: the Ultra-Short Period (USP) planets, o