Galerie projektu 2023
Studenti středních škol z celé Evropy se ve spolupráci s ESA stali exoplanetárními detektivy a pomocí dat z družice Cheops odhalili záhady dvou exoplanet: KELT-3b a TOI-560c.
Prohlédněte si níže uvedené projekty.
Abakus
Vítěz ceny za nejlepší projekt
Univerzita v Nové Gorici Ajdovščina - Slovinsko 16 let, 17 let 2 / 2
TOI-560c
Popis projektu TOI-560c:
V rámci projektu Hack an Exoplanet jsme analyzovali dvě exoplanety a blíže se zaměřili na exoplanetu TOI-560c. Exoplanety jsou planety obíhající kolem jiných hvězd mimo naši sluneční soustavu. Jejich vlastnosti (velikost, hmotnost, oběžná dráha) se měří na základě údajů získaných z astronomických pozorování. Analyzovali jsme data z družice CHEOPS (ESA), která pozorovala přechod exoplanety přes její hostitelskou hvězdu, během něhož částečně blokovala světlo hvězdy. Pomocí online nástroje allesfitter a vlastní analýzy jsme zjistili, že planeta patří do třídy mini-Neptunů a že se svými vlastnostmi výrazně neliší od známé populace mini-Neptunů. Planeta má kamenné jádro. Kolem své hvězdy obíhá v relativně malé vzdálenosti a její povrchová teplota přesahuje hranici pro existenci kapalné vody. Život, jak ho známe, tedy na TOI-560c existovat nemůže.
TOI-560c Výsledky a analýza
Naši analýzu jsme zahájili přístupem k webovému nástroji allesfitter. Aplikace poskytla údaje o pozorování průchodu. Aplikace nám také umožnila napasovat na data model, který nám poskytl hodnoty některých parametrů exoplanety a její dráhy. Nejprve jsme ručně upravili poloměr planety, poloměr hvězdy a čas středu průchodu, abychom odhadli model, který nejlépe odpovídá světelné křivce. Nástroj poté použil algoritmus k nalezení nejlepšího modelu pro tranzit. Obrázek 1 ukazuje data překrytá rodinou nejlepších modelů (červeně) a naším počátečním odhadem (šedě). Histogramy nejpravděpodobnějších hodnot poloměru planety, poloměru hvězdy a času v polovině tranzitu jsou zobrazeny na obrázku 2 a hodnoty včetně nejistot jsou uvedeny v tabulce (obrázek 3). Nejpravděpodobnější hodnoty jsou 2,39 poloměru Země, 0,65 poloměru Slunce a 0,44 dne. V tabulce jsou uvedeny také hodnoty oběžných dob planety (18,8 dne) a velikosti poloosy orbitální elipsy (0,1242 au) - ty byly změřeny jinými prostředky.
Hodnoty některých parametrů jsme také měřili odlišně. Poměr mezi velikostí planety a velikostí hvězdy jsme vypočítali pomocí ztmavnutí hvězdy během tranzitu. Při znalosti velikosti hvězdy (0,65 poloměru Slunce) jsme byli schopni vypočítat poloměr planety (2,46 poloměru Země). Na základě známé periody a třetího Keplerova zákona jsme vypočítali poloosu dráhy (0,125 au). Při znalosti velikosti a hmotnosti planety (hmotnost byla změřena radiální metodou, její hodnota je asi 9,7 hmotnosti Země) můžeme vypočítat průměrnou hustotu planety (3,6 g cm-3).
Můžeme také odhadnout teplotu planety. Rovnovážná teplota planety byla vypočtena za předpokladu, že hvězda vyzařuje světlo jako černé těleso, planeta část světla pohlcuje a část odráží a část energie planeta vyzařuje. Teplotu jsme vypočítali pro dvě různé rychlosti otáčení planety kolem své osy - pomalou a rychlou. Předpokládali jsme, že teplota na povrchu hvězdy je 4511 K [1]. Pro odrazivost neboli albedo jsme přijali hodnotu 0,1 (přibližný odhad pro miniNeptun). Pro pomalu rotující planetu jsme tak získali teplotu 574 K a pro rychle rotující planetu 483 K. Druhá hodnota je podobná hodnotě uvedené v případovém souboru a v [1]. Náš výpočet je zjednodušený, protože jsme neuvažovali složení planety a její atmosféru. Pokud je atmosféra hustší, vrátí se do vesmíru méně energie, než když je atmosféra řidší. Můžeme se o tom přesvědčit, když se podíváme na Venuši a porovnáme její teplotu a atmosféru s naší - pozemskou. Podívali jsme se také, jak daleko by musela být planeta, aby na ní byla kapalná voda. Podle výše uvedených předpokladů musí být planeta vzdálena od hvězdy nejméně pětinásobek její současné vzdálenosti, aby měla kapalnou vodu (a spíše by musela být ještě dále).
TOI-560c je pravděpodobně kamenná planeta. Nachází se relativně blízko hvězdy, takže její povrchová teplota je příliš vysoká na to, aby na ní mohla být kapalná voda. V naší Sluneční soustavě se nenachází žádná jiná planeta, která by jí byla podobná. Ke hvězdě je čtyřikrát blíže než Merkur ke Slunci. Jak víme, v naší Sluneční soustavě se žádné mini-Neptuny nenacházejí, ale často se vyskytují kolem jiných hvězd.
Nakonec jsme se podívali, jak si TOI-560c stojí v porovnání s ostatními mini-neptuny. Získali jsme vzorek mini-neptun [2], tj. exoplanet s poloměry mezi 1,7 a 4 poloměry Země a hmotnostmi menšími než 20 hmotností Země [3]. Obrázky 4 a 5 ukazují závislosti mezi periodou a poloměrem a poloměrem a hmotností pro tento vzorek. ToI-560c je zvýrazněna červeně. Zjistili jsme, že TOI-560c je typický Mini-Neptun s poloměrem, který se odchyluje od průměrného poloměru Mini-Neptunů (2,5 poloměru Země) pouze o 2%. Jeho perioda je také blízká průměru, ale vyšší než medián, protože většina nalezených Mini-Neptunů je blíže ke hvězdě (pravděpodobně v důsledku pozorovacího zkreslení). Při porovnání poloměru a hmotnosti TOI-560c rovněž nevybočuje z řady.
Naše měření by se mohla zlepšit. Zejména jsme nezohlednili nejistoty. Přikládáme také případovou studii naší analýzy planety.
[1] http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/
[2] http://exoplanet.eu/catalog/
[3] https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1405/1405.7695.pdf
TOI-560c Závěry
Po dokončení výpočtů jsme dospěli k závěru, že planeta se nachází velmi blízko své hvězdy a vzhledem k její hustotě se s největší pravděpodobností jedná o kamennou planetu. Má poměrně vysokou povrchovou teplotu, takže na jejím povrchu neočekáváme žádnou kapalnou vodu ani život, jak ho známe. Porovnáním TOI-560c se vzorkem známých minineptunů jsme dospěli k závěru, že TOI-560c je typickým představitelem minineptunů, protože její hodnoty většiny parametrů jsou velmi blízké katalogovým průměrům. TOI-560c se nepodobá žádné planetě v naší sluneční soustavě.
Podpůrné soubory:
