Projektigalleria 2023

Abakus

 Parhaan projektin palkinnon voittaja
Nova Gorican yliopisto  Ajdovščina -    Slovenia 16-vuotias, 17-vuotias   2 / 2

TOI-560c

TOI-560c-hankkeen kuvaus:

Osana Hack an Exoplanet -hanketta olemme analysoineet kahta eksoplaneettaa ja tarkastelleet lähemmin eksoplaneettaa TOI-560c. Eksoplaneetat ovat planeettoja, jotka kiertävät muita tähtiä Aurinkokuntamme ulkopuolella. Niiden ominaisuuksia (koko, massa, kiertorata) mitataan tähtitieteellisistä havainnoista saatujen tietojen avulla. Olemme analysoineet tietoja CHEOPS-satelliitista (ESA), joka on havainnut eksoplaneetan kulkua isäntätähtensä poikki, jolloin se osittain peitti tähden valon. Verkkotyökalun allesfitter ja oman analyysimme avulla havaitsimme, että planeetta kuuluu mini-Neptunusten luokkaan ja että sen ominaisuudet eivät poikkea merkittävästi tunnetusta mini-Neptunusten populaatiosta. Planeetalla on kivinen ydin. Se kiertää tähteään suhteellisen pienellä etäisyydellä, ja sen pintalämpötila ylittää nestemäisen veden olemassaolon rajan. TOI-560c:llä ei siis voi olla elämää sellaisena kuin me sen tunnemme.

TOI-560c Tulokset ja analyysi

Aloitimme analyysimme allesfitter-verkkotyökalulla. Sovellus antoi havainnointitietoja kulkuväylästä. Sovelluksen avulla pystyimme myös sovittamaan mallin tietoihin, jolloin saimme arvot joillekin eksoplaneetan parametreille ja sen radalle. Ensin säädimme manuaalisesti planeetan säteen, tähden säteen ja läpikulun keskipisteen ajankohdan arvatakseen parhaiten valokäyrään sopivan mallin. Tämän jälkeen työkalu käytti algoritmia löytääkseen parhaan mallin kauttakulkuun. Kuvassa 1 on data, jonka päälle on piirretty parhaiden mallien perhe (punainen) ja alkuperäinen arvauksemme (harmaa). Kuvassa 2 on esitetty todennäköisimpien arvojen histogrammit planeetan säteelle, tähden säteelle ja läpikulkuaikojen puolivälille, ja arvot epävarmuustekijöineen on esitetty taulukossa (kuva 3). Todennäköisimmät arvot ovat 2,39 Maan sädettä, 0,65 Auringon sädettä ja 0,44 päivää. Taulukossa annettiin myös arvot planeetan kiertoradan kestolle (18,8 päivää) ja kiertoradan ellipsin puoliakselin koolle (0,1242 au) - nämä oli mitattu muilla keinoin.

Mittaamme myös joidenkin parametrien arvot eri tavoin. Laskimme planeetan koon ja tähden koon välisen suhteen tähden himmenemisen avulla kauttakulun aikana. Kun tiesimme tähden koon (0,65 auringon sädettä), pystyimme laskemaan planeetan säteen (2,46 Maan sädettä). Tunnetun jakson ja Keplerin kolmannen lain avulla laskimme radan puolittaisen suurakselin (0,125 au). Kun tiedämme planeetan koon ja massan (massa mitattiin säteittäisellä menetelmällä, sen arvo on noin 9,7 Maan massaa), voimme laskea planeetan keskimääräisen tiheyden (3,6 g cm-3).

Voimme myös arvioida planeetan lämpötilan. Planeetan tasapainolämpötila laskettiin olettamalla, että tähti säteilee valoa mustana kappaleena, planeetta absorboi osan valosta ja heijastaa osan siitä ja että planeetta säteilee osan energiasta. Laskimme lämpötilan kahdelle eri planeetan akselinsa ympäri pyörimisnopeudelle - hitaalle ja nopealle. Olemme olettaneet, että lämpötila tähden pinnalla on 4511 K [1]. Heijastavuus- tai albedo-arvoksi otimme arvon 0,1 (likimääräinen arvio mini-Neptunukselle). Hitaasti pyörivän planeetan lämpötilaksi on näin saatu 574 K ja nopeasti pyörivän planeetan lämpötilaksi 483 K. Jälkimmäinen arvo on samankaltainen kuin tapaustiedostossa ja [1] esitetty arvo. Laskelmamme on yksinkertaistettu, koska emme ole ottaneet huomioon planeetan koostumusta ja ilmakehää. Jos ilmakehä on tiheämpi, vähemmän energiaa palaa takaisin avaruuteen kuin jos ilmakehä on ohuempi. Voimme huomata tämän, kun tarkastelemme Venusta ja vertaamme sen lämpötilaa ja ilmakehää omaamme - Maahan. Tutkimme myös, kuinka kaukana planeetan on oltava, jotta siellä olisi nestemäistä vettä. Edellä esitettyjen oletusten mukaan planeetan on oltava vähintään viisinkertaisella etäisyydellä tähdestä, jotta sillä olisi nestemäistä vettä (ja todennäköisemmin sen olisi oltava vielä kauempana).

TOI-560c on todennäköisesti kiviplaneetta. Se on suhteellisen lähellä tähteä, joten sen pintalämpötila on liian korkea nestemäiselle vedelle. Aurinkokunnassamme ei ole muita sen kaltaisia planeettoja. Se on neljä kertaa lähempänä tähteä kuin Merkurius Aurinkoa. Kuten tiedämme, aurinkokunnassamme ei ole mini-Neptuneja, mutta niitä löytyy usein muiden tähtien ympäriltä.

Lopuksi tarkastelimme, miten TOI-560c vertautuu muihin mini-Neptuneihin. Saimme otoksen mini-Neptuneista [2], eli eksoplaneetoista, joiden säteet ovat 1,7-4 Maan säteen välillä ja massat alle 20 Maan massaa [3]. Kuvissa 4 ja 5 on esitetty otoksen jakson ja säteen sekä säteen ja massan väliset riippuvuudet. ToI-560c on korostettu punaisella. Havaitsimme, että TOI-560c on tyypillinen Mini-Neptunus, jonka säde poikkeaa Mini-Neptunusten keskimääräisestä sädestä (2,5 Maan säde) vain 2%. Sen jakso on myös lähellä keskiarvoa mutta suurempi kuin mediaani, koska suurin osa löydetyistä Mini-Neptuneista on lähempänä tähteä (luultavasti havaintovirheestä johtuen). Kun verrataan sädettä ja massaa, TOI-560c ei myöskään erotu muista.

Mittauksiamme voitaisiin parantaa. Erityisesti emme ole ottaneet huomioon epävarmuustekijöitä. Liitteenä on myös tapaustiedosto planeetan analyysistämme.

[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 Päätelmät

Laskelmiemme jälkeen olemme päätelleet, että planeetta on hyvin lähellä tähteään ja että sen tiheys huomioon ottaen se on todennäköisesti kiviplaneetta. Sen pintalämpötila on suhteellisen korkea, joten sen pinnalla ei todennäköisesti ole nestemäistä vettä eikä elämää sellaisena kuin me sen tunnemme. Vertailemalla TOI-560c:tä tunnettujen mini-Neptunusten otokseen olemme tulleet siihen tulokseen, että TOI-560c on tyypillinen mini-Neptunusten edustaja, sillä sen arvot useimpien parametrien osalta ovat hyvin lähellä luettelon keskiarvoja. TOI-560c on erilainen kuin yksikään aurinkokuntamme planeetta.

Tukitiedostot:

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