Article Dans Une Revue The Astrophysical Journal Letters Année : 2024

Transmission Spectroscopy of the Habitable Zone Exoplanet LHS 1140 b with JWST/NIRISS

Charles Cadieux
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René Doyon
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Ryan J. Macdonald
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Étienne Artigau
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Olivia Lim
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Michael Radica
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Thomas J. Fauchez
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Salma Salhi
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Lisa Dang
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Loïc Albert
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Louis-Philippe Coulombe
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Nicolas B. Cowan
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David Lafrenière
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Alexandrine l'Heureux
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Caroline Piaulet-Ghorayeb
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Björn Benneke
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Ryan Cloutier
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Neil J. Cook
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Marylou Fournier-Tondreau
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Mykhaylo Plotnykov
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Diana Valencia
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Résumé

LHS 1140 b is the second-closest temperate transiting planet to Earth with an equilibrium temperature low enough to support surface liquid water. At 1.730 ± 0.025 R , LHS 1140 b falls within the radius valley separating H2-rich mini-Neptunes from rocky super-Earths. Recent mass and radius revisions indicate a bulk density significantly lower than expected for an Earth-like rocky interior, suggesting that LHS 1140 b could be either a mini-Neptune with a small envelope of hydrogen (∼0.1% by mass) or a water world (9%–19% water by mass). Atmospheric characterization through transmission spectroscopy can readily discern between these two scenarios. Here we present two JWST/NIRISS transit observations of LHS 1140 b, one of which captures a serendipitous transit of LHS 1140 c. The combined transmission spectrum of LHS 1140 b shows a telltale spectral signature of unocculted faculae (5.8σ), covering ∼20% of the visible stellar surface. Besides faculae, our spectral retrieval analysis reveals tentative evidence of residual spectral features, best fit by Rayleigh scattering from a N2-dominated atmosphere (2.3σ), irrespective of the consideration of atmospheric hazes. We also show through Global Climate Models (GCMs) that H2-rich atmospheres of various compositions (100×, 300×, 1000× solar metallicity) are ruled out to >10σ. The GCM calculations predict that water clouds form below the transit photosphere, limiting their impact on transmission data. Our observations suggest that LHS 1140 b is either airless or, more likely, surrounded by an atmosphere with a high mean molecular weight. Our tentative evidence of a N2-rich atmosphere provides strong motivation for future transmission spectroscopy observations of LHS 1140 b.

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Charles Cadieux, René Doyon, Ryan J. Macdonald, Martin Turbet, Étienne Artigau, et al.. Transmission Spectroscopy of the Habitable Zone Exoplanet LHS 1140 b with JWST/NIRISS. The Astrophysical Journal Letters, 2024, 970, ⟨10.3847/2041-8213/ad5afa⟩. ⟨insu-04729880⟩
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