New Mass and Radius Constraints on the LHS 1140 Planets -- LHS 1140 b is Either a Temperate Mini-Neptune or a Water World - Sorbonne Université Accéder directement au contenu
Pré-Publication, Document De Travail (Preprint/Prepublication) Année : 2023

New Mass and Radius Constraints on the LHS 1140 Planets -- LHS 1140 b is Either a Temperate Mini-Neptune or a Water World

Charles Cadieux
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Mykhaylo Plotnykov
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René Doyon
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Diana Valencia
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Farbod Jahandar
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Lisa Dang
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Thomas Fauchez
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Ryan Cloutier
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Collin Cherubim
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Étienne Artigau
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Neil Cook
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Billy Edwards
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Tim Hallatt
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François Bouchy
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Romain Allart
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Lucile Mignon
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Frédérique Baron
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Susana Barros
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Björn Benneke
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B. Martins
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Benjamin Charnay
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Nicolas Cowan
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J. de Medeiros
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Xavier Delfosse
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Elisa Delgado-Mena
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Xavier Dumusque
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David Ehrenreich
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Nathan Hara
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David Lafrenière
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Yolanda Frensch
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J. Hernández
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Gaspare Lo Curto
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Lison Malo
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Claudio Melo
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Dany Mounzer
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Vera Maria Passeger
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Francesco Pepe
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Anne-Sophie Poulin-Girard
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Nuno Santos
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Danuta Sosnowska
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Alejandro Suárez Mascareño
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Simon Thibault
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Valentina Vaulato
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Gregg Wade
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François Wildi
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Résumé

LHS 1140 b and c are two small temperate exoplanets transiting a nearby M4.5 dwarf. The planetary system was observed with multiple facilities since its discovery in 2017, including MEarth, $Spitzer$, HARPS, ESPRESSO, HST, and TESS, placing strong constraints on the physical parameters of the planets and star. Here, we reanalyse the publicly available ESPRESSO observations of LHS 1140 with the novel line-by-line framework designed to fully exploit the radial velocity content of a stellar spectrum while being resilient to outlier measurements. This analysis reduces radial velocity uncertainties by 60% compared with published values derived from the cross-correlation function method. This improvement, combined with updated stellar parameters, consolidates our knowledge on the mass of LHS 1140 b (5.60$\pm$0.19 M$_{\oplus}$) and LHS 1140 c (1.91$\pm$0.06 M$_{\oplus}$) with unprecedented precision (3%). A joint analysis of transit data obtained with $Spitzer$, HST, and TESS allows us to refine the planetary radius for b (1.730$\pm$0.025 R$_{\oplus}$) and c (1.272$\pm$0.026 R$_{\oplus}$). Stellar abundance measurements of refractory elements (Fe, Mg and Si) obtained with NIRPS are used to constrain the internal structure of LHS 1140 b. This habitable zone planet is unlikely to be a rocky super-Earth, but rather a mini-Neptune with a $\sim$0.1% H/He-rich mass envelope or a water world with a water-mass fraction between 9 and 19% depending on the atmospheric composition and relative abundance of Fe and Mg. Although LHS 1140 c remains consistent with a rocky planet, we detect a 4$σ$ discrepancy in the transit depths measured by $Spitzer$ and TESS. Finally, we find no evidence of the candidate LHS 1140 d and attribute this 80-day signal to stellar activity.

Dates et versions

hal-04263311 , version 1 (28-10-2023)

Identifiants

Citer

Charles Cadieux, Mykhaylo Plotnykov, René Doyon, Diana Valencia, Farbod Jahandar, et al.. New Mass and Radius Constraints on the LHS 1140 Planets -- LHS 1140 b is Either a Temperate Mini-Neptune or a Water World. 2023. ⟨hal-04263311⟩
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