Γκαλερί έργων 2023

Abakus

 Νικητής Βραβείου Καλύτερου Έργου
Πανεπιστήμιο της Nova Gorica  Ajdovščina -    Σλοβενία 16 ετών, 17 ετών   2 / 2

TOI-560c

Περιγραφή έργου TOI-560c:

Στο πλαίσιο του προγράμματος Hack an Exoplanet, αναλύσαμε δύο εξωπλανήτες και εξετάσαμε από κοντά τον εξωπλανήτη TOI-560c. Οι εξωπλανήτες είναι πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από άλλα αστέρια εκτός του ηλιακού μας συστήματος. Οι ιδιότητές τους (μέγεθος, μάζα, τροχιά) μετρώνται με δεδομένα που λαμβάνονται από αστρονομικές παρατηρήσεις. Αναλύσαμε δεδομένα από τον δορυφόρο CHEOPS (ESA), ο οποίος παρατήρησε το πέρασμα ενός εξωπλανήτη απέναντι από το άστρο που τον φιλοξενεί, κατά τη διάρκεια του οποίου μπλόκαρε εν μέρει το φως του άστρου. Χρησιμοποιώντας το διαδικτυακό εργαλείο allesfitter και τη δική μας ανάλυση, διαπιστώσαμε ότι ο πλανήτης ανήκει στην κατηγορία των μίνι-Ποσειδωνίων και ότι οι ιδιότητές του δεν διαφέρουν σημαντικά από τον γνωστό πληθυσμό των μίνι-Ποσειδωνίων. Ο πλανήτης έχει βραχώδη πυρήνα. Βρίσκεται σε τροχιά γύρω από το άστρο του σε σχετικά μικρή απόσταση και η θερμοκρασία της επιφάνειάς του υπερβαίνει το όριο για την ύπαρξη υγρού νερού. Επομένως, η ζωή όπως την ξέρουμε δεν μπορεί να υπάρξει στον TOI-560c.

TOI-560c Αποτελέσματα και ανάλυση

Ξεκινήσαμε την ανάλυσή μας με πρόσβαση στο διαδικτυακό εργαλείο allesfitter. Η εφαρμογή παρείχε δεδομένα παρατήρησης του περάσματος. Η εφαρμογή μας επέτρεψε επίσης να προσαρμόσουμε ένα μοντέλο στα δεδομένα, δίνοντάς μας τιμές για ορισμένες από τις παραμέτρους του εξωπλανήτη και την τροχιά του. Αρχικά, προσαρμόσαμε χειροκίνητα την ακτίνα του πλανήτη, την ακτίνα του αστέρα και τον χρόνο του μέσου σημείου της διέλευσης για να μαντέψουμε το μοντέλο που ταιριάζει καλύτερα στην καμπύλη φωτός. Στη συνέχεια, το εργαλείο χρησιμοποίησε έναν αλγόριθμο για να βρει το καλύτερο μοντέλο για τη διέλευση. Το Σχήμα 1 δείχνει τα δεδομένα, υπερφωτογραφημένα με την οικογένεια των καλύτερων μοντέλων (κόκκινο) και την αρχική μας εικασία (γκρι). Τα ιστογράμματα των πιο πιθανών τιμών για την ακτίνα του πλανήτη, την ακτίνα του αστέρα και τον χρόνο μέσης διέλευσης παρουσιάζονται στην Εικόνα 2, ενώ οι τιμές, συμπεριλαμβανομένων των αβεβαιοτήτων, δίνονται στον πίνακα (Εικόνα 3). Οι πιο πιθανές τιμές είναι 2,39 γήινες ακτίνες, 0,65 ηλιακές ακτίνες και 0,44 ημέρες. Ο πίνακας έδωσε επίσης τιμές για την περίοδο περιφοράς του πλανήτη (18,8 ημέρες) και το μέγεθος του ημιάξονα της τροχιακής έλλειψης (0,1242 au) -αυτά είχαν μετρηθεί με άλλα μέσα.

Μετρήσαμε επίσης τις τιμές ορισμένων παραμέτρων με διαφορετικό τρόπο. Υπολογίσαμε την αναλογία μεταξύ του μεγέθους του πλανήτη και του μεγέθους του αστέρα μέσω της εξασθένισης του αστέρα κατά τη διάρκεια της διέλευσης. Γνωρίζοντας το μέγεθος του άστρου (0,65 ηλιακές ακτίνες), μπορέσαμε να υπολογίσουμε την ακτίνα του πλανήτη (2,46 γήινες ακτίνες). Χρησιμοποιώντας τη γνωστή περίοδο και τον τρίτο νόμο του Κέπλερ, υπολογίσαμε τον ημιάξονα της τροχιάς (0,125 au). Γνωρίζοντας το μέγεθος και τη μάζα του πλανήτη (η μάζα μετρήθηκε με την ακτινική μέθοδο, η τιμή της είναι περίπου 9,7 γήινες μάζες), μπορούμε να υπολογίσουμε τη μέση πυκνότητα του πλανήτη (3,6 g cm-3).

Μπορούμε επίσης να εκτιμήσουμε τη θερμοκρασία του πλανήτη. Η θερμοκρασία ισορροπίας του πλανήτη υπολογίστηκε υποθέτοντας ότι το άστρο εκπέμπει φως ως μαύρο σώμα, ότι ο πλανήτης απορροφά μέρος του φωτός και ανακλά μέρος του και ότι ο πλανήτης εκπέμπει μέρος της ενέργειας. Υπολογίσαμε τη θερμοκρασία για δύο διαφορετικές ταχύτητες περιστροφής του πλανήτη γύρω από τον άξονά του - αργή και γρήγορη. Υποθέσαμε ότι η θερμοκρασία στην επιφάνεια του άστρου είναι 4511 Κ [1]. Για την ανακλαστικότητα ή albedo, υιοθετήσαμε μια τιμή 0,1 (μια κατά προσέγγιση εκτίμηση για έναν μίνι Ποσειδώνα). Έτσι, για έναν πλανήτη που περιστρέφεται αργά, λάβαμε μια θερμοκρασία 574 K, ενώ για έναν πλανήτη που περιστρέφεται γρήγορα, 483 K. Η τελευταία τιμή είναι παρόμοια με την τιμή που παρέχεται στο αρχείο περιπτώσεων και στο [1]. Ο υπολογισμός μας είναι απλουστευμένος επειδή δεν έχουμε λάβει υπόψη τη σύνθεση και την ατμόσφαιρα του πλανήτη. Αν η ατμόσφαιρα είναι πυκνότερη, λιγότερη ενέργεια θα επιστρέψει στο διάστημα απ' ό,τι αν η ατμόσφαιρα είναι αραιότερη. Μπορούμε να το διαπιστώσουμε αυτό όταν κοιτάξουμε την Αφροδίτη και συγκρίνουμε τη θερμοκρασία και την ατμόσφαιρά της με τη δική μας - της Γης. Εξετάσαμε επίσης πόσο μακριά πρέπει να βρίσκεται ένας πλανήτης για να έχει υγρό νερό. Σύμφωνα με τις παραπάνω παραδοχές, ένας πλανήτης πρέπει να έχει τουλάχιστον πενταπλάσια απόσταση από το άστρο από την τρέχουσα για να έχει υγρό νερό (και το πιθανότερο είναι ότι θα πρέπει να είναι ακόμη πιο μακριά).

Ο TOI-560c είναι πιθανότατα ένας βραχώδης πλανήτης. Βρίσκεται σχετικά κοντά στο άστρο, οπότε η θερμοκρασία της επιφάνειάς του είναι πολύ υψηλή για υγρό νερό. Δεν υπάρχει άλλος τέτοιος πλανήτης στο ηλιακό μας σύστημα. Βρίσκεται τέσσερις φορές πιο κοντά στο άστρο απ' ό,τι ο Ερμής στον Ήλιο. Όπως γνωρίζουμε, δεν υπάρχουν μίνι Ποσειδώνες στο Ηλιακό μας Σύστημα, αλλά βρίσκονται συχνά γύρω από άλλα αστέρια.

Τέλος, εξετάσαμε πώς συγκρίνεται το TOI-560c με άλλους μίνι-Νεπτούνους. Λάβαμε ένα δείγμα από μίνι-Πεπτιδάνους [2], δηλαδή εξωπλανήτες με ακτίνες μεταξύ 1,7 και 4 γήινων ακτίνων και μάζες μικρότερες από 20 γήινες μάζες [3]. Τα Σχήματα 4 και 5 δείχνουν τις εξαρτήσεις μεταξύ περιόδου και ακτίνας και ακτίνας και μάζας για το δείγμα. Ο ToI-560c επισημαίνεται με κόκκινο χρώμα. Βρήκαμε ότι ο TOI-560c είναι ένας τυπικός Μίνι-Ποσειδώνας με ακτίνα που αποκλίνει από τη μέση ακτίνα των Μίνι-Ποσειδόνων (2,5 γήινες ακτίνες) μόνο κατά 2%. Η περίοδός του είναι επίσης κοντά στο μέσο όρο αλλά υψηλότερη από τη διάμεσο επειδή οι περισσότεροι από τους Μίνι-Ποσειδάνες που βρέθηκαν είναι πιο κοντά στο άστρο (πιθανώς λόγω παρατηρησιακής μεροληψίας). Όταν συγκρίνουμε την ακτίνα και τη μάζα, ο TOI-560c δεν ξεχωρίζει επίσης.

Οι μετρήσεις μας θα μπορούσαν να βελτιωθούν. Συγκεκριμένα, δεν έχουμε λάβει υπόψη τις αβεβαιότητες. Επισυνάπτουμε επίσης έναν φάκελο με την ανάλυση του πλανήτη μας.

[1] http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/
[2] http://exoplanet.eu/catalog/
[3] https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1405/1405.7695.pdf

Συμπεράσματα TOI-560c

Αφού ολοκληρώσαμε τους υπολογισμούς μας, καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι ο πλανήτης βρίσκεται πολύ κοντά στο άστρο του και, δεδομένης της πυκνότητάς του, είναι πιθανότατα ένας βραχώδης πλανήτης. Έχει σχετικά υψηλή επιφανειακή θερμοκρασία, οπότε δεν περιμένουμε υγρό νερό στην επιφάνειά του και δεν υπάρχει ζωή όπως την ξέρουμε. Συγκρίνοντας τον TOI-560c με ένα δείγμα γνωστών μίνι-Ποσειδωνίων, καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι ο TOI-560c είναι ένας τυπικός εκπρόσωπος των μίνι-Ποσειδωνίων, καθώς οι τιμές του για τις περισσότερες παραμέτρους είναι πολύ κοντά στους μέσους όρους του καταλόγου. Ο TOI-560c δεν μοιάζει με κανέναν πλανήτη του ηλιακού μας συστήματος.

Υποστηρικτικά αρχεία:

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