Galerie de projets 2023

Piliers de l'illustration de Khéops

Des élèves du secondaire de toute l'Europe se sont transformés en détectives d'exoplanètes avec l'ESA et ont utilisé les données du satellite Cheops pour découvrir les mystères de deux exoplanètes cibles : KELT-3b et TOI-560c.

Découvrez les projets ci-dessous.

Planeterra

Lauréat du prix du meilleur projet
Gymnazium Brno-Bystrc Brno - Moravie du Sud République tchèque 15 ans, 19 ans 3 / 0

URL externe du projet de l'équipe (par exemple, site web ou PDF) :
https://photohorak.cz/TOI-560c.html

Lien vidéo Youtube :
https://www.youtube.com/watch?v=0SZ2f3I-MtM

TOI-560c

Description du projet TOI-560c :

C'est dans un système solaire très, très lointain... à 103 années-lumière pour être exact, que nous trouvons l'exoplanète que nous recherchons. Comme son nom l'indique, notre TOI-560c n'est pas la seule exoplanète de son système solaire. Bien que petite, le système contient une deuxième planète d'environ deux fois sa taille, appelée TOI-560b. Toutes deux gravitent autour d'une étoile de type K, TOI-560, en dehors de la zone habitable du système solaire.

Résultats et analyse du TOI-560c

Taille de la planète

Nous avons d'abord déterminé que le diamètre de la planète était de 30550,62 mètres, avec une profondeur de transit de 0,01372%. Pour calculer le rayon, nous avons d'abord utilisé le multiplicateur Allesfitter de 2,395. Cela nous a donné un rayon de 15 275,3 kilomètres. Avec une formule où H est la différence de courbe de lumière, nous avons pris le graphique de mesure de la courbe de lumière de Cheops qui était de 99,862, ce qui signifie que la différence s'est ajoutée à 0,137. A partir de là, nous avons obtenu un multiplicateur de 2,646, ce qui nous a donné un rayon de 16 752,7 km, soit une différence d'environ 10% par rapport à la sortie primaire d'Allesfitter.

Longueur de l'orbite

Nous savons que TOI-560c a une période annuelle de 18,87 jours terrestres, ce qui fait que son année est beaucoup plus courte que celle de la Terre.

Dans le système solaire, les deux planètes orbitent très près de leur étoile. Leur orbite la plus élevée est bien plus basse que celle de Mercure dans notre système solaire. Comme nous connaissons la distance de TOI-560c par rapport à son étoile, nous pouvons calculer la longueur de son orbite, qui est de 117 106 752,8 km. Et à partir de cette longueur, nous pouvons déterminer que la vitesse orbitale est de 720 958,63 m/s.

Les orbites des deux planètes sont similaires en termes d'inclinaison, qui n'atteint qu'une irrégularité de 0,4 par rapport à 90°. Les planètes B et C ont toutes deux une inclinaison orbitale très similaire, ce qui nous permet de dire qu'il ne s'agit pas de planètes itinérantes qui se seraient retrouvées dans ce système solaire et y seraient restées en raison de l'attraction gravitationnelle, mais plutôt qu'elles ont été créées à un moment très similaire.

Système solaire

TOI-560c n'est pas la seule planète de son système solaire. Une deuxième planète est en orbite autour de TOI-560. Toutes deux ont été découvertes grâce à la méthode de transition. En outre, TOI-560b et TOI-560c ont des inclinaisons presque identiques, à près de 90 degrés de notre point de vue, ce qui prouve qu'elles se sont formées à une époque similaire dans le passé. Mais il y a quelques différences. Principalement au niveau de la taille et de l'orbite. TOI-560b a une période orbitale de 6,39 jours, soit la moitié de celle de TOI-560c, selon exoplanet.eu. La taille de TOI-560b correspond à 0,249 fois celle de Jupiter, alors que celle de TOI-560c n'est que de 0,23 fois. Il y a aussi des différences dans les couleurs, nous avons fait quelques hypothèses sur la composition chimique de TOI-560c qui mènent directement à la palette de couleurs, tout est mentionné dans l'onglet "Hypothèses atmosphériques". Les deux planètes sont également bien en dehors de la zone habitable.

The Extrasolar Planet Encyclopaedia - HD 73583 c. (n.d.). http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/

Âge de la planète

Selon http://exoplanet.eu/, notre exoplanète est très jeune, puisqu'elle a 750 000 000 d'années. À cet âge, la Terre était encore à l'ère précambrienne, ce qui signifie que seuls des amas organiques se sont formés en cellules procaryotes, à partir desquelles les cellules eucaryotes ont évolué. Toutefois, au cours du Précambrien, les températures de surface n'étaient supérieures à 0°C que de quelques degrés.

Mais qu'en est-il de TOI-560c ? La température de surface a été mesurée à environ 225 degrés, ce qui n'est pas un environnement très habitable par rapport à la Terre. Toutefois, on pourrait imaginer des cellules thermophiles aux parois cellulaires très épaisses qui se seraient adaptées à ces températures. Par exemple, près du volcan Kavachi sur Terre, la température de l'eau atteint environ 68 °C et des requins y vivent encore. Mais pour la TOI-560C, nous avons limité nos suggestions à de petits organismes, en fonction de la teneur et de la pression atmosphériques.

The Extrasolar Planet Encyclopaedia - HD 73583 c. (n.d.). http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/

Hypothèses atmosphériques

La différence entre la définition d'une mini-neptune et celle d'une supra-terrestre est ici très mince. Nous avons émis trois hypothèses sur la composition de TOI-560c, en fonction des éléments qui la composent, mais aussi en fonction de l'épaisseur de chaque couche.

Hypothèse 1 :

Dans cette hypothèse, nous avons considéré le noyau de la planète comme de l'hydrogène, agissant comme un matériau solide. Le noyau aurait un diamètre de 8 000 kilomètres. Peut-il y avoir de l'eau ? Oui, c'est possible. À la pression exacte de 246 MPa, qui permet à l'eau d'être à l'état liquide. Si l'on considère que la haute atmosphère est semblable à celle de Neptune, c'est une option viable, mais la densité de TOI-560c dépasserait la densité que nous avons mesurée. Nous avons donc imaginé un nouvel élément ou composé qui se trouverait dans l'atmosphère. Cet élément chimique serait légèrement plus dense que l'hydrogène, l'hélium, le méthane et l'ammoniac qui composent l'atmosphère de Neptune.

Hypothèse 2 :

Dans cette hypothèse, nous avons pensé que le noyau serait constitué d'aluminium. L'atmosphère serait composée d'hélium et d'hydrogène. Avec une pression de 26 MPa, nous pourrions y voir de l'eau, avec un avantage par rapport à l'hypothèse 1 : la pression serait nettement plus faible, ce qui créerait des conditions beaucoup plus favorables pour toute sonde qui pourrait y être envoyée. Nous avons également supposé que le diamètre du rayon était de 5 200 km pour tenir compte de toutes les connexions et de la densité. Dans ce cas, l'atmosphère pourrait être plus épaisse que dans l'hypothèse 1, car le noyau ne prend pas autant de place.

Hypothèse 3 :

Dans ce dernier cas, l'atmosphère serait composée d'hélium et d'hydrogène. La principale différence réside dans le noyau, qui contiendrait du lithium recouvert de phosphore. Ce serait une excellente source pour les batteries au lithium. Cependant, comme nous voulions réduire la pression, nous avons envisagé d'exclure l'eau de cette hypothèse. Sans eau, la pression pourrait être de 13,6 kPa, la plus faible de toutes les options. Après de nombreux calculs, nous avons estimé le diamètre du noyau à 6 202,7 km.

Planète couleur

Selon www.exoplanets.nasa.gov et www.exoplanet.eu, TOI-560c est représentée en orange. Cependant, comme TOI-560 est une étoile de type K4V et que TOI-560c a une atmosphère fine, nous pensons que la couleur peut être causée par la couleur de l'étoile et la lumière qu'elle émet. Comme TOI-560 a une couleur orange vif, cette couleur devrait se refléter sur TOI-560c.

The Extrasolar Planet Encyclopaedia - HD 73583 c. (n.d.). http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/

Catalogue des exoplanètes - Exploration des exoplanètes : Planètes au-delà de notre système solaire. (n.d.). Exploration des exoplanètes : Planètes au-delà de notre système solaire. https://exoplanets.nasa.gov/exoplanet-catalog/8466/hd-73583-c/

Quand aura lieu le prochain transit ?

Nous avons découvert que le dernier transit a eu lieu le 5 juin 2023 et qu'il a commencé à 1:28 et a duré jusqu'à 5:04. A partir de ces données et d'autres, nous avons calculé que le prochain transit aura lieu le 23 juin de 22h35 jusqu'au 24 juin à 2h11. Le 24 juin, TOI-560C se trouvera au centre hypothétique de TOI-560, ou du moins c'est ce qu'il semble être de notre point de vue.

Comparaison des planètes

TOI-560c
Terre
Neptune
KELT-3b

Masse
5.79303425 kg
5,97224 kg
1,02426 kg
2,691364 × 1027 kg

Rayon
15 275,3 km
6 371 km
24 622 km
93 191 km

Densité
2,94 g/cm3
5,51 g/cm3
1,64 g/cm3
–

Gravité
13,77653981 m/s2
9,807 m/s2
11,15 m/s2
3,296 m/s2

Température
230 °C
15 °C
-200 °C
–

Période orbitale
18,87 jours
365 jours
60 265 jours
2,7 jours

Distance entre les étoiles
0,124 au
1 au
30 au
0,041 au

Comparaison des étoiles

TOI-560
Soleil

L'âge
750 millions d'euros
3,853 millions d'euros

Masse

27 %

Rayon
452 200 km
35 %

Type d'étoile
K4V
G2V

Température
4,240
30 %

Ampleur
9.67
4,84 (donc plus de luminosité)

Comparaisons Allesfitter

La plus grande différence que nous avons mesurée concerne le rayon. Nous avons d'abord essayé d'utiliser le multiplicateur Allesfitter de 2,395. Mais lorsque nous avons utilisé la formule de la profondeur de transit, nous avons obtenu un multiplicateur de 2,646 et donc un rayon de 16 752 km au lieu de 15 275 km.

La différence suivante concerne la distance : nous avons calculé qu'elle était de 0,1245 au, alors qu'Allesfitter n'a obtenu que 0,124 au.

L'équipe Planeterra

Réalisé par : Karel, Simon et Tom

TOI-560c Conclusions

Enfin, nous pensons que le scénario le plus probable pour TOI-560c est que l'atmosphère est très mince, mais qu'il y a suffisamment de gravité pour la maintenir en place. L'absence d'eau est donc correcte, tout comme l'existence de vie à la surface de la planète.

Sources :

À propos - Hack an exoplanet, [sans date]. En ligne. Disponible à l'adresse : https://hackanexoplanet.esa.int/about/

Catalogue des exoplanètes | Découverte - Exploration des exoplanètes : Planètes au-delà de notre système solaire, [sans date]. Exploration des exoplanètes : Planètes au-delà de notre système solaire. En ligne. Disponible à l'adresse suivante : https://exoplanets.nasa.gov/discovery/exoplanet-catalog/
MUFTI, Mohammed El, 2021. TOI 560 : Two Transiting Planets Orbiting a K Dwarf Validated with iSHELL, PFS and HIRES RVs. arXiv.org. En ligne. 26 décembre 2021. Disponible à l'adresse : https://arxiv.org/abs/2112.13448
Encyclopédie des planètes extrasolaires - Diagrammes. (n.d.). http://exoplanet.eu/diagrams/

The Extrasolar Planet Encyclopaedia - HD 73583 c. (n.d.). http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/
TOI-560 c, [sans date]. En ligne. Disponible à l'adresse : http://www.exoplanetkyoto.org/exohtml/TOI-560_c.html

Fiches d'appui :

Galerie de projets 2023