Sfida Zero

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Mini-sfida

LIVELLO PRINCIPIANTI
Da 12 a 18 anni

Completate questa indagine per scoprire come analizzare i dati satellitari per scoprire le dimensioni e il periodo orbitale degli esopianeti. di esopianeti e diventare un vero detective di esopianeti.

Domanda 1

Gli esopianeti sono pianeti che orbitano attorno a stelle diverse dal nostro Sole. Abbiamo scoperto oltre 5.000 esopianeti, ma sono difficili da individuare, perché il segnale ricevuto da loro è piccolo rispetto a quello molto più grande proveniente dalle loro stelle ospiti, più grandi e più luminose.

Come vengono individuati gli esopianeti?

Scegliere una o più opzioni.

  • Individuando gli esopianeti direttamente
  • Viaggiando verso gli esopianeti
  • Misurando le variazioni di movimento della stella ospite
  • Misurando le variazioni della luce che riceviamo dalla stella
Le opzioni corrette sono:
  • Individuando gli esopianeti direttamente
  • Misurando le variazioni di movimento della stella ospite
  • Misurando le variazioni della luce che riceviamo dalla stella

Gli esopianeti sono molto lontani dal pianeta Terra, il che rende impossibile per noi viaggiare verso di loro.

I satelliti, come Cheops, studiano gli esopianeti misurando l'abbassamento della luce stellare causato dal transito dei pianeti sulle loro stelle ospiti.

Domanda 2

Uno dei metodi per individuare gli esopianeti è fotometria del transito. L'esopianeta viene rilevato misurando l'attenuazione della luce proveniente dalla stella quando l'esopianeta passa tra la stella e il telescopio. Questo fenomeno è chiamato transito di un esopianeta.

A curva di luce è la misura della luce della stella ospite in un periodo di tempo. L'entità dell'avvallamento della curva di luce di una stella durante il transito di un esopianeta si chiama profondità di transito.

Qual è la profondità del transito nella rappresentazione della curva di luce della Figura 1?

Figura 1: Curva di luce simulata, incluso un transito

Scegliere un'opzione.

  • 10%
  • 1%
  • 8%
  • 0.8%
L'opzione corretta è 8%.

Domanda 3

Analizziamo ora una curva di luce reale della stella KELT-3. I dati sono stati acquisiti dal satellite Cheops dell'ESA nel gennaio 2023.
Analizzare la curva di luce. Misurare la profondità di transito dell'esopianeta KELT-3b e stimare il suo raggio utilizzando l'equazione seguente.

\testo{raggio del pianeta} \´approssimativamente ´sqrt{{testo{raggio della stella}^2 × ´frac{testo{profondità di transito}}{100{%}}

Il raggio della stella KELT-3 è 1,7 volte il raggio del Sole.

Qual è il raggio dell'esopianeta KELT-3b?

Figura 2: Dati di KELT-3b da Cheope con il modello di best fit della curva di luce del transito da allesfitter

Scegliere un'opzione.

  • Circa 0,16 volte il raggio del Sole
  • Circa 1,6 volte il raggio del Sole
  • Circa 0,43 volte il raggio del Sole
  • Circa 0,04 volte il raggio del Sole

La risposta corretta è 0,16 volte il raggio del Sole. 

Esaminiamo il calcolo in dettaglio:


Dati di KELT-3b da Cheope con il modello di best fit della curva di luce del transito da allesfitter.

Figura 2a: Dati di KELT-3b da Cheope con il modello di best fit della curva di luce del transito da allesfitter con stima della profondità di transito.

Il raggio della stella KELT-3 è noto e fornito:

\´testo ´testo ´raggio della stella} = 1,7 × ´testo ´raggio del Sole´´.

Analizzando i dati di Cheope possiamo misurare la profondità del transito a circa 0.9\% (Figura 2a).

Utilizzando l'equazione:

\thickspace \thickspace \text{raggio del pianeta} \´approssimativamente ´sqrt{{testo{raggio della stella}^2 × ´frac{testo{profondità di transito}}{100{%}}

\thickspace \thickspace \text{raggio del pianeta} \´approssimativamente ´sqrt{{(1,7 × ´testo{raggio del Sole} )}^2 × ´frac{0,9\%}{100\%}}

\´testo ´testo ´raggiolo del pianeta´´. \´circa 0,16 × {testo{raggio del Sole}}

È anche possibile confrontare questo valore con quello della Terra, convertendolo in unità di misura del raggio terrestre. 

\´spazio di mezzo ´spazio di mezzo´ ´testo del raggio del Sole´´. \´circa 109 × ´raggiolo della Terra´´.

\thickspace \thickspace \text{raggio del pianeta} \circa 0,16 × 109 circa 17,44 × ´testo{raggio della Terra}

Domanda 4

La Figura 3 mostra una curva di luce simulata che rappresenta le misurazioni della luce di una stella ospite di un esopianeta per un periodo di 1 settimana. Durante questo periodo l'esopianeta simulato è transitato tre volte. È possibile stimare il periodo di questo finto esopianeta misurando la distanza tra gli avvallamenti della curva di luce.

Qual è il periodo orbitale di questo esopianeta?

Figura 3: Curva di luce simulata, compresi i transiti multipli.

Scegliere un'opzione.

  • 1 giorno
  • 1,5 giorni
  • 2 giorni
  • 2,5 giorni

L'opzione corretta è 2 giorni.

Domanda 5

Ora siete pronti a interpretare la curva di luce misurata di K2-141. I dati sono stati acquisiti dal satellite Cheops dell'ESA nel settembre 2023.

Analizzate la curva di luce della Figura 4. Descrivete quali informazioni potete ricavare da questa serie di dati.

Figura 4: Curva di luce della stella K2-141, i cerchi blu rappresentano i dati presi con Cheops e la linea rossa è il modello best fit di allesfitter.

 

Informazioni aggiuntive: Il raggio della stella K2-141 è 0,7 volte il raggio del Sole.

 

Vedete qualcosa di insolito nella trama?

Spiegate le vostre osservazioni. 

 

Domanda 6

Gli esopianeti sono molto diversi tra loro, possono avere dimensioni, masse e temperature differenti. Possiamo raggrupparli in diversi tipi mettendo in relazione le loro proprietà con quelle dei pianeti del nostro Sistema Solare.

 

 

Analizzate le caratteristiche di tutti i pianeti ed esopianeti qui sotto. Collegate il tipo di esopianeta con il suo nome.

  • Giove caldo
  • Mini-Nettuno
  • Super-Terra
  • K2-141b
  • KELT-3b
  • TOI-560c

Terra

\´footnotesize ´´Radio´´ = 1 × ´Radio della Terra´´.
\´footnotesize ´massa} = 1 × ´massa della Terra}
\´footnotesize ´text{temperature} = 15 ´degree C

Giove

\´footnotesize ´´Radio´´ = 11,21 × ´´Radio della Terra´´.
\´footnotesize ´testo{massa} = 317,8 × ´testo{massa della Terra}
\Testo{temperatura} = -110 gradi C

Nettuno

\´footnotesize ´testo{raggio} = 3,88 × ´testo{raggio della Terra}
\´footnotesize ´testo{massa} = 17,1 × ´testo{massa della Terra}
\Testo{temperatura} = -200 gradi C

KELT-3b

\´footnotesize ´´Radio´´ = 17,5 × ´´Radio della Terra´´.
\´footnotesize ´massa} = 617 × ´massa della Terra}
\´footnotesize ´text{temperature} = 1543 ´degree C

TOI-560c

\´footnotesize ´´Radio´´ = 2,4 × ´´Radio della Terra´´.
\´footnotesize ´massa} = 10 × ´massa della Terra}
\´footnotesize ´text{temperature} = 225 ´degree C

K2-141b

\´footnotesize ´´Radio´´ = 1,5 × ´´Radio della Terra´´.
\´footnotesize ´massa} = 5 × ´massa della Terra}
\´footnotesize ´text{temperature} = 1830 ´degree C

La temperatura si riferisce alla temperatura media sulla superficie del pianeta.
Dimensioni dei pianeti e degli esopianeti non in scala. 

La soluzione corretta è:

  • Giove caldo - KELT-3b 
  • Mini-Nettuno - TOI-560c
  • Super-Terra - K2-141b

Domanda 7

Ad oggi, la Terra è l'unico luogo dell'Universo che conosciamo in cui c'è vita. I fossili più antichi del pianeta Terra risalgono a 3,7 miliardi di anni fa. Quando la vita si è formata sul nostro pianeta le condizioni erano molto diverse. 

Pensate che la vita possa esistere in uno dei tre esopianeti elencati prima? 

 

 

Spiegare perché.

 

 

Nessuno di questi tre esopianeti presenta condizioni di abitabilità. Tutti orbitano molto vicini alla loro stella ospite, sono esposti ad alte dosi di radiazioni e a temperature molto elevate che rendono impossibile lo sviluppo della vita.

Per saperne di più sulle condizioni di abitabilità, guardate il nostro esperto Laetitia Delrez che analizza le condizioni di KELT-3b.

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I progressi dell'indagine

Completato!

Certificato Hack an Exoplanet 2024

Continuate il vostro lavoro di indagine analizzando in dettaglio i dati di Cheope provenienti da KELT-3b, TOI-560c o dal sistema planetario K2-141. 

Continuare l'indagine

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