We report the analysis of two new spectroscopic observations of the super-Earth 55 Cancri e, in the near infrared, obtained with the WFC3 camera onboard the HST. 55 Cancri e orbits so close to its parent star, that temperatures much higher than 2000 K are expected on its surface. Given the brightness of 55 Cancri, the observations were obtained in scanning mode, adopting a very long scanning length and a very high scanning speed. We use our specialized pipeline to take into account systematics introduced by these observational parameters when coupled with the geometrical distortions of the instrument. We measure the transit depth per wavelength channel with an average relative uncertainty of 22 ppm per visit and find modulations that depart from a straight line model with a 6$\sigma$ confidence level. These results suggest that 55 Cancri e is surrounded by an atmosphere, which is probably hydrogen-rich. Our fully Bayesian spectral retrieval code, T-REx, has identified HCN to be the most likely molecular candidate able to explain the features at 1.42 and 1.54 $\mu$m. While additional spectroscopic observations in a broader wavelength range in the infrared will be needed to confirm the HCN detection, we discuss here the implications of such result. Our chemical model, developed with combustion specialists, indicates that relatively high mixing ratios of HCN may be caused by a high C/O ratio. This result suggests this super-Earth is a carbon-rich environment even more exotic than previously thought.

Abstract LHS 1140 b is a small planet orbiting in the habitable zone of its M4.5V dwarf host. Recent mass and radius constraints have indicated that it has either a thick H 2 -rich atmosphere or substantial water by mass. Here we present a transmission spectrum of LHS 1140 b between 1.7 and 5.2 μ m, obtained using the NIRSpec instrument on JWST. By combining spectral retrievals and self-consistent atmospheric models, we show that the transmission spectrum is inconsistent with H 2 -rich atmospheres with varied size and metallicity, leaving a water world as the remaining scenario to explain the planet’s low density. Specifically, a H 2 -rich atmosphere would result in prominent spectral features of CH 4 or CO 2 on this planet, but they are not seen in the transmission spectrum. Instead, the data favor a high mean molecular weight atmosphere (possibly N 2 dominated with H 2 O and CO 2 ) with a modest confidence. Forming the planet by accreting C- and N-bearing ices could naturally give rise to a CO 2 - or N 2 -dominated atmosphere, and if the planet evolves to or has the climate-stabilizing mechanism to maintain a moderate-size CO 2 /N 2 -dominated atmosphere, the planet could have liquid-water oceans. Our models suggest CO 2 absorption features with an expected signal of 20 ppm at 4.2 μ m. As the existence of an atmosphere on TRAPPIST-1 planets is uncertain, LHS 1140 b may well present the best current opportunity to detect and characterize a habitable world.

Observing exoplanets through transmission spectroscopy supplies detailed information on their atmospheric composition, physics, and chemistry. Prior to JWST, these observations were limited to a narrow wavelength range across the near-ultraviolet to near-infrared, alongside broadband photometry at longer wavelengths. To understand more complex properties of exoplanet atmospheres, improved wavelength coverage and resolution are necessary to robustly quantify the influence of a broader range of absorbing molecular species. Here we present a combined analysis of JWST transmission spectroscopy across four different instrumental modes spanning 0.5-5.2 micron using Early Release Science observations of the Saturn-mass exoplanet WASP-39b. Our uniform analysis constrains the orbital and stellar parameters within sub-percent precision, including matching the precision obtained by the most precise asteroseismology measurements of stellar density to-date, and further confirms the presence of Na, K, H$_2$O, CO, CO$_2$, and SO$_2$ atmospheric absorbers. Through this process, we also improve the agreement between the transmission spectra of all modes, except for the NIRSpec PRISM, which is affected by partial saturation of the detector. This work provides strong evidence that uniform light curve analysis is an important aspect to ensuring reliability when comparing the high-precision transmission spectra provided by JWST.

Abstract The chemical makeup of Earth’s atmosphere during the Archean (4–2.5 Ga) and Proterozoic eon (2.5–0.5 Ga) contrast considerably with the present-day: the Archean was rich in carbon dioxide and methane, and the Proterozoic had potentially higher amounts of nitrous oxide. CO 2 and CH 4 in an Archean Earth analog may be a compelling biosignature because their coexistence implies methane replenishment at rates unlikely to be abiotic. However, CH 4 can also be produced through geological processes, and setting constraints on volcanic molecules such as CO may help address this ambiguity. N 2 O in a Proterozoic Earth analog may be evidence of life because N 2 O production on Earth is mostly biological. Motivated by these ideas, we use the code  EXOREL R  to generate forward models and simulate spectral retrievals of an Archean and Proterozoic Earth-like planet to determine the detectability of CH 4 , CO 2 , CO, and N 2 O in their reflected light spectrum for wavelength range 0.25–1.8 μ m. We show that it is challenging to detect CO in an Archean atmosphere for volume mixing ratio (VMR) ≤ 10%, but CH 4 is readily detectable for both the full wavelength span and truncated ranges cut at 1.7 μ m and 1.6 μ m, although for the latter two cases the dominant gas of the atmosphere is misidentified. Meanwhile, N 2 O in a Proterozoic atmosphere is detectable for VMR = 10 −3 and long wavelength cutoff ≥1.4 μ m, but undetectable for VMR ≤ 10 −4 . The results presented here will be useful for the strategic design of the future Habitable Worlds Observatory and the components needed to potentially distinguish between inhabited and lifeless planets.