TY - THES A1 - Foster, Mary Grace T1 - X-Ray studies of exoplanet systems N2 - X-rays are integral to furthering our knowledge of exoplanetary systems. In this work we discuss the use of X-ray observations to understand star-planet interac- tions, mass-loss rates of an exoplanet’s atmosphere and the study of an exoplanet’s atmospheric components using future X-ray spectroscopy. The low-mass star GJ 1151 was reported to display variable low-frequency radio emission, which is an indication of coronal star-planet interactions with an unseen exoplanet. In chapter 5 we report the first X-ray detection of GJ 1151’s corona based on XMM-Newton data. Averaged over the observation, we detect the star with a low coronal temperature of 1.6 MK and an X-ray luminosity of LX = 5.5 × 1026 erg/s. This is compatible with the coronal assumptions for a sub-Alfvénic star- planet interaction origin of the observed radio signals from this star. In chapter 6, we aim to characterise the high-energy environment of known ex- oplanets and estimate their mass-loss rates. This work is based on the soft X-ray instrument on board the Spectrum Roentgen Gamma (SRG) mission, eROSITA, along with archival data from ROSAT, XMM-Newton, and Chandra. We use these four X-ray source catalogues to derive X-ray luminosities of exoplanet host stars in the 0.2-2 keV energy band. A catalogue of the mass-loss rates of 287 exoplan- ets is presented, with 96 of these planets characterised for the first time using new eROSITA detections. Of these first time detections, 14 are of transiting exoplanets that undergo irradiation from their host stars that is of a level known to cause ob- servable evaporation signals in other systems, making them suitable for follow-up observations. In the next generation of space observatories, X-ray transmission spectroscopy of an exoplanet’s atmosphere will be possible, allowing for a detailed look into the atmospheric composition of these planets. In chapter 7, we model sample spectra using a toy model of an exoplanetary atmosphere to predict what exoplanet transit observations with future X-ray missions such as Athena will look like. We then estimate the observable X-ray transmission spectrum for a typical Hot Jupiter-type exoplanet, giving us insights into the advances in X-ray observations of exoplanets in the decades to come. N2 - Röntgenstrahlen sind ein wesentlicher Bestandteil, um unser Wissen über extrasolare Planetensysteme zu vertiefen und zu erweitern. In dieser Arbeit erörtern wir den Einsatz von Röntgenbeobachtungen zum Verständnis von Stern-Planeten-Interaktionen, der Abschätzung von Massenverlustraten von Exoplanetenatmosphären und die Untersuchung der atmosphärischen Komponenten eines Exoplaneten mithilfe zukünftiger Röntgenspektroskopie. Beobachtungen des massearmen Sterns GJ 1151 deuten auf eine variable Emission niederfrequenter Radiostrahlung hin, was als Indiz für koronale Stern-Planeten-Wechselwirkungen mit einem unsichtbaren Exoplaneten angesehen wird. In Kapitel 5 berichten wir über den ersten Röntgennachweis der Korona von GJ 1151, basierend auf XMM-Newton Daten. Über die gesamte Beobachtungsdauer gemittelt, weisen wir den Stern mit einer niedrigen koronalen Temperatur von 1,6 MK und einer Röntgenluminosität von LX = 5, 5 ◊ 1026 erg/s nach. Dieser Nachweis im Röntgenlicht ist kompatibel mit der Annahme, dass sub-Alfvénische Wechselwirkungen zwischen stellarer Corona und Exoplanet die Ursache für die beobachteten Radiosignale des Sterns sind. Kapitel 6 zielt darauf ab, die hochenergetische Umgebung bekannter Exoplaneten zu charakterisieren und die Massenverlustraten der Planetenatmosphären abzuschätzen. Diese Arbeit basiert auf neu gewonnenen Daten des Instruments für weiche Röntgenstrahlung an Bord der Spectrum Roentgen Gamma (SRG) Mission, eROSITA, und wird komplementiert von Archivdaten von ROSAT, XMM-Newton und Chandra. Mithilfe dieser vier Röntgenquellenkataloge vermessen wir die Röntgenhelligkeit der Zentralsterne von bekannten Exoplanetensytemen im Energiebereich von 0,2-2 keV. Die Ergebnisse sind zusammen mit den errechneten Massenverlustraten von 287 Exoplaneten in einem Katalog zusammengefasst, darunter 96 Planeten, die zum ersten Mal durch neue eROSITA-Nachweise charakterisiert wurden. Bei 14 dieser Erstnachweise handelt es sich um transitierende Exoplaneten, die von ihrem Heimatstern so stark bestrahlt werden, dass beobachtbare Signale, ausgelöst durch die Verdampfung ihrer Atmosphäre, zu erwarten sind. Speziell diese Systeme eignen sich besonders für Folgebeobachtungen. Mit der nächsten Generation von Weltraumobservatorien wird die Röntgentransmissionsspektroskopie von extrasolaren Planetenatmosphären möglich sein, was nie dagewesene Details über die atmosphärische Zusammensetzung dieser Planeten ans Licht bringen wird. In Kapitel 7 modellieren wir Transmissionsspektren mithilfe eines vereinfachten Modells einer Exoplanetenatmosphäre um vorherzusagen, wie Transitbeobachtungen von Exoplaneten mit zukünftigen Röntgenmissionen wie Athena aussehen werden. Wir schätzen dann das beobachtbare Röntgentransmissionsspektrum für einen typischen Exoplaneten vom Typ Hot Jupiter ab, was uns einen Einblick in die zu erwartenden Fortschritte bei der Röntgenbeobachtung von Exoplaneten in den kommenden Jahrzehnten gibt. KW - exoplanets KW - x-rays KW - stellar physics KW - Exoplaneten KW - Röntgenstrahlen KW - stellare Physik Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-562152 PB - xiii, 92 ER - TY - JOUR A1 - Foster, Mary Grace A1 - Poppenhäger, Katja A1 - Alvarado-Gómez, Julián David A1 - Schmitt, Jürgen T1 - The corona of GJ 1151 in the context of star-planet interaction JF - Monthly notices of the Royal Astronomical Society N2 - The low-mass star GJ 1151 has been reported to display variable low-frequency radio emission, which has been interpreted as a signpost of coronal star-planet interactions with an unseen exoplanet. Here we report the first X-ray detection of GJ 1151's corona based on the XMM-Newton data. We find that the star displays a small flare during the X-ray observation. Averaged over the observation, we detect the star with a low coronal temperature of 1.6 MK and an X-ray luminosity of L-X = 5.5 x 10(26) erg s(-1). During the quiescent time periods excluding the flare, the star remains undetected with an upper limit of L-X,L- qui <= 3.7 x 10(26) erg s(-1). This is compatible with the coronal assumptions used in a recently published model for a star-planet interaction origin of the observed radio signals from this star. KW - planet KW - star interactions KW - stars: coronae KW - X-rays: individual: GJ 1151 Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1093/mnras/staa1982 SN - 0035-8711 SN - 1365-2966 VL - 497 IS - 1 SP - 1015 EP - 1019 PB - Oxford Univ. Press CY - Oxford ER - TY - JOUR A1 - Foster, Mary Grace A1 - Poppenhäger, Katja A1 - Ilić Petković, Nikoleta A1 - Schwope, Axel T1 - Exoplanet X-ray irradiation and evaporation rates with eROSITA JF - Astronomy and astrophysics : an international weekly journal N2 - High-energy irradiation is a driver for atmospheric evaporation and mass loss in exoplanets. This work is based on data from eROSITA, the soft X-ray instrument on board the Spectrum Roentgen Gamma mission, as well as on archival data from other missions. We aim to characterise the high-energy environment of known exoplanets and estimate their mass-loss rates. We use X-ray source catalogues from eROSITA, XMM-Newton, Chandra, and ROSAT to derive X-ray luminosities of exoplanet host stars in the 0.2–2 keV energy band with an underlying coronal, that is, optically thin thermal spectrum. We present a catalogue of stellar X-ray and EUV luminosities, exoplanetary X-ray and EUV irradiation fluxes, and estimated mass-loss rates for a total of 287 exoplanets, 96 of which are characterised for the first time based on new eROSITA detections. We identify 14 first-time X-ray detections of transiting exoplanets that are subject to irradiation levels known to cause observable evaporation signatures in other exoplanets. This makes them suitable targets for follow-up observations. KW - stars: coronae KW - stars: activity KW - planet-star interactions KW - planets and KW - satellites: atmospheres KW - X-rays: stars Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1051/0004-6361/202141097 SN - 0004-6361 SN - 1432-0746 VL - 661 PB - EDP Sciences CY - Les Ulis ER -