Projekt Galéria 2023

Exoti

Evangelická Akademie Praha  Praha -    Cseh Köztársaság 17 éves, 15 éves   4 / 2

TOI-560c

TOI-560c projekt leírása:

Ez a munka a TOI-560 c exobolygóra (mini-Neptunusz vagy szuperföld) összpontosít, amely a TOI-560 K-típusú törpecsillag körül keringő két exobolygó egyike, és amelyet a CHaracterising ExOPlanets Satellite (CHEOPS) űrteleszkóppal a tranzit módszerrel figyeltek meg. Kutatásunk célja az volt, hogy kiszámítsuk ennek az exobolygónak az alapvető tulajdonságait, beleértve a sugarát, tömegét, keringési távolságát, keringési idejét, sűrűségét és átlagos hőmérsékletét. Ezek alapján a munka célja annak megállapítása, hogy ez az exobolygó megfelel-e a földi élethez hasonló élet létezéséhez szükséges feltételeknek. A rendelkezésre álló információk alapján a TOI-560 c bolygón a földihez hasonló élet létezését valószínűtlennek tartják.

A TOI-560 c exobolygó sugarának kiszámításához a tranzitmódszert használják, amely során megfigyelik a bolygó elhaladását a gazdatest csillaga előtt. A bolygó átlagos sugarát a Föld sugarához viszonyítva határozzák meg. Az átlagos keringési távolságot és a keringési periódust a Kepler-törvények segítségével számították ki. A TOI-560 c exobolygó sűrűségét a becsült sugár alapján kapott térfogat- és tömegértékekből kaptuk.

Az eredmények azt mutatják, hogy a TOI-560 c exobolygó sugara körülbelül 2,37-szer nagyobb, mint a Földé, tömege körülbelül 9,7-szerese a Földének, átlagos keringési távolsága körülbelül 0,124 AU, keringési ideje pedig körülbelül 18,88 nap. Az exobolygó becsült sűrűsége körülbelül 4,004 g/cm3 , átlagos hőmérséklete pedig 225 °C-ra becsülhető.

TOI-560c Eredmények és elemzés

1. Adatelemzés
Az elemzés célja a TOI-560 c exobolygó sugarának, keringési idejének, csillagától való távolságának és sűrűségének meghatározása. A számítási módszereket a következő fejezetekben ismertetjük.
3.1. A TOI-560 c
A bolygó sugarának meghatározásához ismerni kellett az átvonulás mélységét (azaz a TOI-560 csillag fényességének százalékos csökkenését, amikor a TOI-560 c bolygó a megfigyelő és a csillag között volt). Számításainkban ezt 0,2%-re becsültük.

Ezt követően az elemzést a következő képlettel folytatjuk:

(1.1)

R a sugarat jelöli; p az exobolygót (TOI-560 c) és s a csillagot (TOI-560).

A következő a sugár kiszámítására szolgáló képlet módosítása:

(1.2)

Az ismert értékeket be kell helyettesíteni a (3.2.) képletbe:

A sugár számításai a következők.

 

 

 

 
(1.3)

2. ábra: A TOI-560 c [[1]] tranzitfénygörbéje.

A százalékos tranzitmélység pontatlan becslése miatt azonban az eredményünk A százalékos tranzitmélység pontatlan becslése miatt az eredményünk kissé magasabbnak bizonyult, mint amilyen valójában volt. Az Allesfitter programban kapott értékekre hivatkozva az eredményünket REarth-ra igazítottuk, és ezt az értéket vettük alapul a további számításokhoz.

3.2. Orbitális periódus

A keringési idő kiszámításához ismerni kellett a gravitációs állandó (G) és a Nap tömegét (MS).

Mindkét értéket a Hack an Exoplanet weboldalon találtuk[[1]]. Az általunk használt értékek a következők:

(1.4)

 

 
(1.5)

Az Allesfitter programból kapott értékekből meghatározták a TOI-560 c keringési idejét (18,8797 nap). A további számításokhoz ezt az értéket másodpercekre (1631206,082 s) kell átszámítani.

Ezeket az értékeket azután a következő képletben használták fel

(1.6)

ahol d a keringési távolságot jelöli.

A képlettel való munka a következőképpen zajlott:

(1.7)

 

(1.8)

 

(1.9)

3. ábra: A TOI-560 c TOI-560 csillag körüli pályájának modellje (a kék pont a sárga téglalapban a TOI-560 c-t jelképezi) [[1]]

(1.10)

A számításokból 0,124 AU az eredmény, ami a Föld Naptól való távolságához (1 AU) képest rövidebb távolság. A TOI-560 c-re vonatkozó értékek összehasonlítása a Naprendszer bolygóira vonatkozó értékekkel a tanulmány egy későbbi részében kerül tárgyalásra. Ezen a ponton helyénvaló megemlíteni, hogy a keringési idő és a gazdatesttől való távolság alapján arra lehet következtetni, hogy a TOI-560 c nagyon közel van a csillagához, és nem a lakhatósági zónán belül helyezkedik el (3. ábra).
3.3. Hőmérséklet
A TOI-560 c átlagos hőmérsékletét a CHEOPS teleszkóppal nyert adatokból határoztuk meg, amelyeket a Hack an Exoplanet weboldalon [[2]] közöltünk. A TOI-560 c átlagos hőmérséklete körülbelül 225°C. Ez jelentősen meghaladja a Naprendszer szinte valamennyi bolygójának hőmérsékletét, talán a Vénusz kivételével, ahol az átlaghőmérséklet 565°C körüli értékeket ér el. A TOI-560 c hőmérséklete közel áll a Merkúr hőmérsékletéhez, ahol az átlaghőmérséklet eléri a 167°C-ot. Egy ilyen hőmérséklet a földihez hasonló élet számára barátságtalan, mivel a Földön az átlaghőmérséklet 17°C körül mozog. Ráadásul az általunk a TOI-560 c-re meghatározott hőmérséklet meghaladja a víz forráspontját (125°C). Az egyik döntő tényező a légköri nyomás. Egy anyag forráspontja nemcsak a hőmérsékletétől, hanem a rá nehezedő nyomástól is függ. A Földön a tengerszinten a légköri nyomás körülbelül 1 atmoszféra, ami lehetővé teszi, hogy a víz 100°C-on forrjon. A TOI-560 c-n azonban a légköri viszonyok és az összetétel jelentősen eltérnek. Ha a légköri nyomás lényegesen magasabb, mint a Földön, akkor a víznek magasabb hőmérsékletre van szüksége ahhoz, hogy elérje forráspontját. Egy anyag forráspontja az a hőmérséklet, amelyen a gőznyomása megegyezik a rá ható külső nyomással. Ha a külső nyomás magasabb, mint a TOI-560 c-n, akkor a víz forráspontja ennek megfelelően magasabb.

Ez jelentős kihívást jelent a földi élethez hasonló élet kialakulása szempontjából.

Mindazonáltal ez a következtetés nem teljesen végleges vagy meggyőző. A bolygó felszínén uralkodó barátságtalan körülmények ellenére fennáll a lehetősége annak, hogy folyékony víz létezik felszín alatti óceánok vagy mélyen fekvő tározók formájában. A TOI-560 c nagy sűrűsége (lásd 3.4. Sűrűség) arra utalhat, hogy a sziklás felszín alatt jelentős mennyiségű víz van bezárva.

 

4. ábra: Adatok (hőmérséklet) a Hack an exoplanet weboldalról [1]

3.4. Sűrűség
A bolygó sűrűségének kiszámításához meg kellett határozni a térfogatát. A térfogatot a következő képlettel számoljuk ki

(1.11)

ahol az RP a TOI-560 c sugarát jelenti.

Az RP =2,37-et megszoroztuk REarth = 6378 km-rel, hogy átkonvertáljuk alapegységre. Ebből kaptuk az Rp értékét.

(1.12)

Ezt az értéket behelyettesítjük a fent említett (3.11) képletbe,

(1.13)

 

A képlet ekkor a következőképpen nézett ki:

(1.14)

A térfogatértéket ezután beillesztették a sűrűség kiszámítására szolgáló képletbe,

(1.15)

ahol 𝜌 a sűrűséget, M a tömeget, V a térfogatot és p az exobolygót (TOI-560 c) jelöli.

A számítás a (3.14) szerint a következőképpen történt:

(1.16)

 

(1.17)

1.1. Eredmények
1. táblázat: A vizsgálat eredményei

Név
TOI-560 c

Radius
2.378 REarth

Orbitális távolság
0,124 AU

Orbitális periódus
18,8797 nap

Sűrűség
4,004 g/cm3

Átlagos hőmérséklet
225 Celsius fok

 

 

 

 

 

 

 

 

A TOI-560 c exobolygóról kapott információk alapján hipotéziseket lehet felállítani a TOI-560 c megjelenésével és lehetséges lakhatóságával kapcsolatban.

 

1. hipotézis: A 225 Celsius-fokos átlaghőmérsékletet figyelembe véve valószínű, hogy a TOI-560 c ellenséges, extrém hőséggel teli környezetben van. A magas hőmérséklet arra utal, hogy nincs olyan Föld-szerű légkör, amely alkalmas lenne az általunk ismert élet fenntartására. Ehelyett túlnyomórészt üvegházhatású gázokból álló, sűrű és sűrű légkörrel rendelkezhet, ami jelentős üvegházhatást eredményez. Ez egy elszabadult üvegházhatást eredményezhet, ami a felszíni hőmérsékletet lakhatatlan szintre emeli.
2. hipotézis: A TOI-560 c 4,004 g/cm3 -re becsült sűrűsége nehéz elemek vagy kőzetanyag magas koncentrációjára utal. Lehetséges, hogy az exobolygó a Naprendszerünk földi bolygóihoz hasonló kőzetösszetételű. A felszínt zord terep, sziklás képződmények és potenciálisan aktív geológiai folyamatok jellemezhetik. A szélsőséges hőmérsékletek azonban valószínűtlenné teszik, hogy a bolygó felszínén folyékony víz létezne.
3. hipotézis: A bolygó felszínén uralkodó barátságtalan körülmények ellenére fennáll a lehetősége annak, hogy folyékony víz létezik felszín alatti óceánok vagy mélyen fekvő tározók formájában. A TOI-560 c nagy sűrűsége arra utalhat, hogy a sziklás felszín alatt jelentős mennyiségű víz van bezárva. Elképzelhető, hogy bizonyos feltételek teljesülése esetén - például geotermikus aktivitás és szigetelés - ezek a felszín alatti óceánok potenciális élőhelyet biztosíthatnak a szélsőséges környezethez alkalmazkodott mikrobiális életformák számára. Ezek az organizmusok a földi mélytengeri hidrotermális nyílásokhoz vagy felszín alatti élőhelyekhez hasonló környezetben élhetnének.

[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 Következtetések

A rendelkezésre bocsátott információk alapján a következő következtetések születtek:

A TOI-560 c exobolygó sugara 2,378-szor nagyobb, mint a Földé (REarth). Ez arra utal, hogy a TOI-560 c a Földhöz képest nagyobb méretű. Ez az oka annak is, hogy a TOI-560 c-t néha "szuperföldként" emlegetik. A TOI-560 c sugara azonban sokkal közelebb van a Neptunusz sugarához (3,88 REarth). Ez az oka annak is, hogy tanulmányi csoportunkban nem ellenezzük a "Mini-Neptunusz" elnevezést.
A TOI-560 c átlagosan 124 csillagászati egység (AU) távolságra van a gazdatest csillagától. Ez azt jelzi, hogy a bolygórendszerben viszonylag közel kering a csillagához. A TOI-560 c a Merkúrhoz (0,39 AU) vagy a Vénuszhoz (0,72 AU) hasonló pályatávolsággal rendelkezik. Ezért biztosra vehetjük, hogy nem a lakhatósági zónában helyezkedik el, figyelembe véve a gazdatest csillagának mindkét tulajdonságát.
Sűrűség: (g/cm3) sűrűségével a TOI-560 c viszonylag nagy sűrűséggel rendelkezik. Ez arra utal, hogy az exobolygó valószínűleg sűrű anyagokból, esetleg nehéz elemekből áll.
Átlagos hőmérséklet: A TOI-560 c átlagos hőmérséklete körülbelül 225 °C. Ez a hőmérséklet jelentősen magasabb, mint a földi átlaghőmérséklet.

 

A megadott adatok alapján megadtuk a TOI-560 c exobolygó sugarának, térfogatának, sűrűségének, hőmérsékletének, keringési távolságának és periódusának értékeit. A TOI-560 c ellenséges környezetnek tűnik, szélsőséges hőmérséklettel és barátságtalan felszínnel. Nem zárható ki azonban teljesen a felszín alatti víztározók vagy óceánok jelenléte, amelyek potenciálisan rést biztosíthatnak az extremofil életformák számára. További tudományos vizsgálatokra, többek között megfigyelésekre és mérésekre lenne szükség e hipotézisek igazolásához és a TOI-560 c tényleges lakhatóságának meghatározásához.

Minden projekt