Projektgalleri 2023

Abakus

 Vinder af prisen for bedste projekt
Universitetet i Nova Gorica  Ajdovščina -    Slovenien 16 år gammel, 17 år gammel   2 / 2

TOI-560c

TOI-560c projektbeskrivelse:

Som en del af Hack an Exoplanet-projektet har vi analyseret to exoplaneter og kigget nærmere på exoplaneten TOI-560c. Exoplaneter er planeter, der kredser om andre stjerner uden for vores solsystem. Deres egenskaber (størrelse, masse, bane) måles ved hjælp af data fra astronomiske observationer. Vi har analyseret data fra CHEOPS-satellitten (ESA), som har observeret en exoplanets passage hen over sin værtsstjerne, hvor den delvist blokerede for stjernens lys. Ved hjælp af onlineværktøjet allesfitter og vores egen analyse fandt vi ud af, at planeten tilhører klassen af mini-Neptuner, og at dens egenskaber ikke adskiller sig væsentligt fra den kendte population af mini-Neptuner. Planeten har en kerne af sten. Den kredser om sin stjerne i en relativt lav afstand, og dens overfladetemperatur overstiger grænsen for, hvornår flydende vand kan eksistere. Liv, som vi kender det, kan derfor ikke eksistere på TOI-560c.

TOI-560c Resultater og analyse

Vi startede vores analyse med at tilgå webværktøjet allesfitter. Applikationen leverede observationsdata for passagen. Programmet gav os også mulighed for at tilpasse en model til dataene, hvilket gav os værdier for nogle af exoplanetens parametre og dens bane. Først justerede vi manuelt planetens radius, stjernens radius og tidspunktet for passagens midtpunkt for at gætte på den model, der passede bedst til lyskurven. Værktøjet brugte derefter en algoritme til at finde den bedste model for transitten. Figur 1 viser data, overplottet med familien af bedste modeller (rød) og vores første gæt (grå). Histogrammer af de mest sandsynlige værdier for planetradius, stjerneradius og midtvejstid er vist i figur 2, og værdierne, inklusive usikkerheder, er angivet i tabellen (figur 3). De mest sandsynlige værdier er 2,39 jordradier, 0,65 solradier og 0,44 dage. Tabellen gav også værdier for planetens omløbstid (18,8 dage) og størrelsen af omløbsellipsens halvakse (0,1242 au) - disse var blevet målt på andre måder.

Vi målte også værdierne for nogle af parametrene på en anden måde. Vi beregnede forholdet mellem planetens størrelse og stjernens størrelse via stjernens dæmpning under transitten. Da vi kendte stjernens størrelse (0,65 solradier), var vi i stand til at beregne planetens radius (2,46 jordradier). Ved hjælp af den kendte periode og Keplers tredje lov beregnede vi banens halve storakse (0,125 au). Når vi kender planetens størrelse og masse (massen blev målt ved hjælp af den radiale metode, dens værdi er ca. 9,7 jordmasser), kan vi beregne planetens gennemsnitlige massefylde (3,6 g cm-3).

Vi kan også estimere planetens temperatur. Planetens ligevægtstemperatur blev beregnet ved at antage, at stjernen udstråler lys som et sort legeme, at planeten absorberer noget af lyset og reflekterer noget af det, og at planeten udstråler noget af energien. Vi beregnede temperaturen for to forskellige rotationshastigheder for planeten omkring dens akse - langsom og hurtig. Vi har antaget, at temperaturen ved stjernens overflade er 4511 K [1]. For refleksionsevnen eller albedoen har vi antaget en værdi på 0,1 (et omtrentligt skøn for en mini-Neptun). For en planet, der roterer langsomt, har vi således opnået en temperatur på 574 K, og for en planet, der roterer hurtigt, 483 K. Den sidstnævnte værdi svarer til værdien i case-filen og i [1]. Vores beregning er forenklet, fordi vi ikke har taget højde for planetens sammensætning og atmosfære. Hvis atmosfæren er tættere, vil der blive sendt mindre energi tilbage til rummet, end hvis atmosfæren er tyndere. Det kan vi se, når vi kigger på Venus og sammenligner dens temperatur og atmosfære med vores egen - Jordens. Vi har også set på, hvor langt væk en planet skal være for at have flydende vand. Under ovenstående antagelser skal en planet være mindst fem gange så langt væk fra stjernen som i dag for at have flydende vand (og det er mere sandsynligt, at den skal være endnu længere væk).

TOI-560c er sandsynligvis en klippeplanet. Den er relativt tæt på stjernen, så dens overfladetemperatur er for høj til flydende vand. Der findes ingen anden planet som den i vores solsystem. Den er fire gange tættere på en stjerne, end Merkur er på solen. Som vi ved, er der ingen mini-Neptuner i vores solsystem, men de findes ofte omkring andre stjerner.

Endelig har vi set på, hvordan TOI-560c kan sammenlignes med andre mini-Neptuner. Vi fik en stikprøve af mini-Neptuner [2], dvs. exoplaneter med radier mellem 1,7 og 4 jordradier og masser mindre end 20 jordmasser [3]. Figur 4 og 5 viser afhængigheden mellem periode og radius og radius og masse for prøven. ToI-560c er fremhævet med rødt. Vi fandt, at TOI-560c er en typisk Mini-Neptun med en radius, der kun afviger fra den gennemsnitlige radius for Mini-Neptuner (2,5 jordradier) med 2%. Dens periode er også tæt på gennemsnittet, men højere end medianen, fordi de fleste af de fundne Mini-Neptuner er tættere på stjernen (sandsynligvis på grund af observationsbias). Når man sammenligner radius og masse, skiller TOI-560c sig heller ikke ud.

Vores målinger kan forbedres. Især har vi ikke taget højde for usikkerhederne. Vi vedhæfter også en case-fil med vores analyse af planeten.

[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 Konklusioner

Efter at have afsluttet vores beregninger har vi konkluderet, at planeten er meget tæt på sin stjerne, og på grund af dens massefylde er det højst sandsynligt en klippeplanet. Den har en relativt høj overfladetemperatur, så vi forventer intet flydende vand på overfladen og intet liv, som vi kender det. Ved at sammenligne TOI-560c med et udvalg af kendte mini-Neptuner, er vi kommet til den konklusion, at TOI-560c er en typisk repræsentant for mini-Neptuner, da dens værdier for de fleste parametre ligger meget tæt på katalogets gennemsnit. TOI-560c er ulig nogen anden planet i vores solsystem.

Understøttende filer:

• Figur-1-1.png
• Figur-2-1.png
• Figur-3.png
• Figur-4.png
• Figur-5.png