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Exoti

Académie évangélique de Prague  Praha -    République tchèque 17 ans, 15 ans   4 / 2

TOI-560c

Description du projet TOI-560c :

Ce travail porte sur l'exoplanète TOI-560 c (appelée mini-Neptune ou super-Terre), l'une des deux exoplanètes en orbite autour de l'étoile naine de type K TOI-560, qui a été observée par la méthode du transit avec le télescope spatial CHEOPS (CHaracterising ExOPlanets Satellite). L'objectif de notre recherche était de calculer les propriétés fondamentales de cette exoplanète, notamment son rayon, sa masse, sa distance orbitale, sa période orbitale, sa densité et sa température moyenne. Sur la base de ces résultats, le travail vise à déterminer si cette exoplanète remplit les conditions nécessaires à l'existence d'une vie similaire à celle de la Terre. Sur la base des informations disponibles, l'existence d'une vie similaire à celle de la Terre sur TOI-560 c est considérée comme improbable.

Pour calculer le rayon de l'exoplanète TOI-560 c, on utilise la méthode du transit, qui consiste à observer le passage de la planète devant son étoile hôte. Le rayon moyen de la planète par rapport au rayon de la Terre est déterminé. La distance orbitale moyenne et la période orbitale ont été calculées en utilisant les lois de Kepler. La densité de l'exoplanète TOI-560 c a été obtenue à partir des valeurs de volume et de masse basées sur le rayon estimé.

Les résultats indiquent que l'exoplanète TOI-560 c a un rayon environ 2,37 fois plus grand que le rayon de la Terre, une masse environ 9,7 fois celle de la Terre, une distance orbitale moyenne d'environ 0,124 UA et une période orbitale d'environ 18,88 jours. La densité estimée de l'exoplanète est d'environ 4,004 g/cm3, et sa température moyenne est estimée à 225°C.

Résultats et analyse du TOI-560c

1. Analyse des données
Le but de l'analyse est de déterminer le rayon de l'exoplanète TOI-560 c, sa période orbitale, sa distance par rapport à son étoile et sa densité. Les méthodes de calcul sont présentées dans les sections suivantes.
3.1. Le rayon du TOI-560 c
Pour déterminer le rayon de la planète, il est nécessaire de connaître la profondeur du transit (c'est-à-dire le pourcentage de diminution de la luminosité de l'étoile TOI-560 lorsque la planète TOI-560 c se trouve entre l'observateur et son étoile). Dans nos calculs, cette profondeur a été estimée à 0,2%.

Ensuite, l'analyse est effectuée à l'aide de la formule :

(1.1)

R représente le rayon ; p représente l'exoplanète (TOI-560 c) et s représente son étoile (TOI-560).

Voici une modification de la formule de calcul du rayon :

(1.2)

Les valeurs connues sont substituées dans la formule (3.2.) :

Les calculs du rayon sont les suivants.

 

 

 

 
(1.3)

Figure 2 : Courbe de lumière du transit de TOI-560 c [[1]]

En raison de l'estimation imprécise du pourcentage de profondeur de transit, notre résultat s'est avéré légèrement plus élevé qu'il ne l'était en réalité. En nous référant aux valeurs obtenues dans le programme Allesfitter, nous avons ajusté notre résultat à REarth, et cette valeur est utilisée comme base pour les calculs ultérieurs.

3.2. Période orbitale

Dans le calcul de la période orbitale, il était nécessaire de connaître la constante gravitationnelle (G) et la masse du Soleil (MS).

Nous avons trouvé ces deux valeurs sur le site web Hack an Exoplanet[[1]]. Les valeurs avec lesquelles nous avons travaillé sont les suivantes :

(1.4)

 

 
(1.5)

La période orbitale de TOI-560 c (18,8797 jours) a été déterminée à partir des valeurs obtenues par le programme Allesfitter. Pour la suite des calculs, cette valeur est convertie en secondes (1631206,082 s).

Ces valeurs ont ensuite été utilisées dans la formule

(1.6)

où d représente la distance orbitale.

Le travail avec la formule s'est déroulé comme suit :

(1.7)

 

(1.8)

 

(1.9)

Figure 3 : Le modèle de l'orbite de TOI-560 c autour de l'étoile TOI-560 (le point bleu dans le rectangle jaune représente TOI-560 c) [[1]]

(1.10)

Les calculs ont donné un résultat de 0,124 UA, ce qui est une distance plus courte que celle qui sépare la Terre du Soleil (1 UA). La comparaison des valeurs relatives à TOI-560 c avec celles relatives aux planètes du système solaire sera abordée dans une partie ultérieure de l'étude. À ce stade, il convient de mentionner qu'en se basant sur la période orbitale et la distance à l'étoile hôte, on peut déduire que TOI-560 c est très proche de son étoile et n'est pas située dans la zone habitable (Figure 3).
3.3. La température
La température moyenne sur TOI-560 c a été déterminée à partir des données disponibles obtenues par le télescope CHEOPS, telles que fournies sur le site web Hack an Exoplanet [[2]]. La température moyenne sur TOI-560 c est d'environ 225°C. Cette température est nettement supérieure à celle de presque toutes les planètes du système solaire, à l'exception peut-être de Vénus, où la température moyenne atteint des valeurs de l'ordre de 565°C. La température de TOI-560 c est proche de celle de Mercure, où la température moyenne atteint jusqu'à 167°C. Une telle température est inhospitalière pour une vie similaire à celle de la Terre, puisque la température moyenne sur Terre oscille autour de 17°C. De plus, la température que nous avons déterminée pour TOI-560 c dépasse le point d'ébullition de l'eau (125°C). Un facteur crucial est la pression atmosphérique. Le point d'ébullition d'une substance dépend non seulement de sa température mais aussi de la pression exercée sur elle. Sur Terre, au niveau de la mer, la pression atmosphérique est d'environ 1 atmosphère, ce qui permet à l'eau de bouillir à 100°C. Sur TOI-560 c, les conditions atmosphériques et la composition de l'eau sont très différentes. Si la pression atmosphérique est nettement plus élevée que sur Terre, l'eau aura besoin d'une température plus élevée pour atteindre son point d'ébullition. Le point d'ébullition d'une substance est la température à laquelle sa pression de vapeur est égale à la pression externe qui s'exerce sur elle. Si la pression extérieure est plus élevée, comme cela pourrait être le cas sur TOI-560 c, le point d'ébullition de l'eau sera d'autant plus élevé.

Cela représente un défi important pour l'émergence d'une vie semblable à celle de la Terre.

Néanmoins, cette conclusion n'est pas tout à fait définitive ou concluante. Malgré les conditions inhospitalières qui règnent à la surface de la planète, il est possible que de l'eau liquide existe sous forme d'océans souterrains ou de réservoirs profonds. La densité élevée (voir 3.4. Densité) de TOI-560 c pourrait indiquer la présence d'une quantité importante d'eau enfermée sous sa surface rocheuse.

 

Figure 4 : Données (température) provenant du site web Hack an exoplanet [1].

3.4. Densité
Pour calculer la densité de la planète, il a fallu déterminer son volume. Le volume est calculé à l'aide de la formule

(1.11)

où RP représente le rayon du TOI-560 c.

Nous avons multiplié RP = 2,37 par REarth = 6378 km pour le convertir en unités de base. Nous avons ainsi obtenu la valeur de Rp.

(1.12)

Nous avons substitué cette valeur à la formule susmentionnée (3.11),

(1.13)

 

La formule se présentait alors comme suit :

(1.14)

La valeur du volume a ensuite été introduite dans la formule de calcul de la densité,

(1.15)

où 𝜌 représente la densité, M représente la masse, V représente le volume et p représente l'exoplanète (TOI-560 c).

Le calcul a été effectué selon la méthode (3.14) comme suit :

(1.16)

 

(1.17)

1.1. Les résultats
Tableau 1 : Résultats de l'étude

Nom
TOI-560 c

Rayon
2.378 Terre

Distance orbitale
0,124 AU

Période orbitale
18,8797 jours

Densité
4,004 g/cm3

Température moyenne
225 degrés Celsius

 

 

 

 

 

 

 

 

Sur la base des informations fournies sur l'exoplanète TOI-560 c, des hypothèses peuvent être proposées concernant son apparence et son habitabilité potentielle.

 

Hypothèse 1 : Compte tenu de la température moyenne de 225 degrés Celsius, il est probable que TOI-560 c présente un environnement hostile caractérisé par une chaleur extrême. Les températures élevées suggèrent l'absence d'une atmosphère semblable à celle de la Terre, capable de maintenir la vie telle que nous la connaissons. Au lieu de cela, il est possible que l'atmosphère soit essentiellement épaisse et dense, composée de gaz à effet de serre, ce qui entraînerait un effet de serre important. Cet effet de serre pourrait s'emballer, entraînant une hausse des températures de surface jusqu'à des niveaux inhabitables.
Hypothèse 2 : La densité de TOI-560 c, estimée à 4,004 g/cm3, suggère une forte concentration d'éléments lourds ou de matériaux rocheux. Il est possible que l'exoplanète ait une composition rocheuse similaire à celle des planètes terrestres de notre système solaire. La surface peut être caractérisée par un terrain accidenté, des formations rocheuses et des processus géologiques potentiellement actifs. Toutefois, en raison des températures extrêmes, il est peu probable que de l'eau liquide existe à la surface de la planète.
Hypothèse 3 : Malgré les conditions inhospitalières qui règnent à la surface de la planète, il est possible que de l'eau liquide existe sous forme d'océans souterrains ou de réservoirs profonds. La densité élevée de TOI-560 c pourrait indiquer la présence d'une quantité importante d'eau enfermée sous sa surface rocheuse. Il est concevable que, si certaines conditions sont réunies, telles que l'activité géothermique et l'isolation, ces océans souterrains puissent constituer un habitat potentiel pour des formes de vie microbiennes adaptées à des environnements extrêmes. Ces organismes pourraient prospérer dans des environnements semblables aux cheminées hydrothermales des profondeurs de la Terre ou aux habitats souterrains.

[1] https://hackanexoplanet.esa.int/wp-content/uploads/2023/04/Hack_an_exoplanet_challenges_Czech.pdf

[2] https://hackanexoplanet.esa.int/wp-content/uploads/2023/04/Hack_an_exoplanet_challenges_Czech.pdf

TOI-560c Conclusions

Les informations fournies permettent de tirer les conclusions suivantes :

L'exoplanète TOI-560 c a un rayon 2,378 fois plus grand que le rayon de la Terre (REarth). Cela suggère que TOI-560 c est plus grande que la Terre. C'est également la raison pour laquelle TOI-560 c est parfois qualifiée de "Super-Terre". Cependant, le rayon de TOI-560 c est beaucoup plus proche de celui de Neptune (3,88 REarth). C'est également la raison pour laquelle nous ne sommes pas opposés à l'appellation "Mini-Neptune" au sein de notre groupe d'étude.
TOI-560 c se trouve à une distance moyenne de 124 unités astronomiques (UA) de son étoile hôte. Cela indique qu'elle orbite relativement près de son étoile au sein du système planétaire. À titre de référence, TOI-560 c a une distance orbitale similaire à celle de Mercure (0,39 UA) ou de Vénus (0,72 UA). Par conséquent, nous pouvons affirmer avec certitude qu'elle n'est pas située dans la zone habitable, compte tenu des propriétés de son étoile hôte.
Densité : Avec une densité de 004 (g/cm3), TOI-560 c possède une densité relativement élevée. Cela suggère que l'exoplanète est probablement composée de matériaux denses, incluant éventuellement des éléments lourds.
Température moyenne : La température moyenne sur TOI-560 c est d'environ 225 °C. Cette température est nettement plus élevée que la température moyenne sur Terre.

 

Sur la base des données fournies, les valeurs du rayon, du volume, de la densité, de la température, de la distance orbitale et de la période ont été fournies pour l'exoplanète TOI-560 c. Il semble s'agir d'un environnement hostile avec des températures extrêmes et une surface inhospitalière. Cependant, la présence de réservoirs d'eau souterrains ou d'océans ne peut être totalement exclue, ce qui pourrait constituer une niche pour des formes de vie extrêmophiles. D'autres études scientifiques, y compris des observations et des mesures, seraient nécessaires pour valider ces hypothèses et déterminer l'habitabilité réelle de TOI-560 c.

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