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Accademia Evangelica di Praga  Praha -    Repubblica Ceca 17 anni, 15 anni   4 / 2

TOI-560c

Descrizione del progetto TOI-560c:

Questo lavoro si concentra sull'esopianeta TOI-560 c (definito un mini-Nettuno o una super-Terra), uno dei due esopianeti che orbitano attorno alla stella nana di tipo K TOI-560, osservato con il metodo del transito con il telescopio spaziale CHaracterising ExOPlanets Satellite (CHEOPS). L'obiettivo della nostra ricerca era calcolare le proprietà fondamentali di questo esopianeta, tra cui il raggio, la massa, la distanza orbitale, il periodo orbitale, la densità e la temperatura media. Sulla base di questi risultati, il lavoro mira a determinare se questo esopianeta soddisfa le condizioni necessarie per l'esistenza di una vita simile a quella terrestre. Sulla base delle informazioni disponibili, l'esistenza di vita simile a quella terrestre su TOI-560 c è considerata improbabile.

Per calcolare il raggio dell'esopianeta TOI-560 c si utilizza il metodo del transito, che prevede l'osservazione del passaggio del pianeta davanti alla sua stella ospite. Viene determinato il raggio medio del pianeta rispetto al raggio della Terra. La distanza orbitale media e il periodo orbitale sono stati calcolati utilizzando le leggi di Keplero. La densità dell'esopianeta TOI-560 c è stata ottenuta dai valori di volume e massa in base al raggio stimato.

I risultati indicano che l'esopianeta TOI-560 c ha un raggio circa 2,37 volte maggiore del raggio della Terra, una massa circa 9,7 volte quella della Terra, una distanza orbitale media di circa 0,124 UA e un periodo orbitale di circa 18,88 giorni. La densità stimata dell'esopianeta è di circa 4,004 g/cm3 e la temperatura media è stimata a 225°C.

Risultati e analisi di TOI-560c

1. Analisi dei dati
Lo scopo dell'analisi è determinare il raggio dell'esopianeta TOI-560 c, il suo periodo orbitale, la distanza dalla sua stella e la sua densità. I metodi di calcolo sono riportati nelle sezioni seguenti.
3.1. Il raggio di TOI-560 c
Per determinare il raggio del pianeta, era necessario conoscere la profondità del transito (cioè la diminuzione percentuale della luminosità della stella TOI-560 quando il pianeta TOI-560 c si trovava tra l'osservatore e la sua stella). Nei nostri calcoli è stata stimata pari a 0,2%.

Successivamente, si procede all'analisi con la formula:

(1.1)

R sta per raggio; p sta per l'esopianeta (TOI-560 c) e s sta per la sua stella (TOI-560).

Di seguito è riportata una modifica della formula per il calcolo del raggio:

(1.2)

I valori noti vengono sostituiti nella formula (3.2.):

Segue il calcolo del raggio.

 

 

 

 
(1.3)

Figura 2: Curva di luce di transito della TOI-560 c [[1]]

Tuttavia, a causa della stima imprecisa della profondità di transito percentuale, il nostro risultato è risultato leggermente superiore a quello reale. Facendo riferimento ai valori ottenuti nel programma Allesfitter, abbiamo adeguato il nostro risultato a REarth, e questo valore viene utilizzato come base per ulteriori calcoli.

3.2. Periodo orbitale

Per il calcolo del periodo orbitale era necessario conoscere la costante gravitazionale (G) e la massa del Sole (MS).

Abbiamo trovato entrambi i valori sul sito web Hack an Exoplanet[[1]]. I valori con cui abbiamo lavorato sono i seguenti:

(1.4)

 

 
(1.5)

Dai valori ottenuti dal programma Allesfitter, è stato determinato il periodo orbitale di TOI-560 c (18,8797 giorni). Per ulteriori calcoli, questo valore viene convertito in secondi (1631206,082 s).

Questi valori sono stati poi utilizzati nella formula

(1.6)

dove d rappresenta la distanza orbitale.

Il lavoro con la formula è proseguito come segue:

(1.7)

 

(1.8)

 

(1.9)

Figura 3: Il modello dell'orbita di TOI-560 c intorno alla stella TOI-560 (il punto blu nel rettangolo giallo rappresenta TOI-560 c) [[1]]

(1.10)

Dai calcoli è emerso un risultato di 0,124 UA, che è una distanza inferiore rispetto alla distanza della Terra dal Sole (1 UA). Il confronto dei valori relativi a TOI-560 c con quelli relativi ai pianeti del Sistema solare sarà affrontato in una parte successiva dello studio. A questo punto, è opportuno ricordare che, in base al periodo orbitale e alla distanza dalla stella ospite, si può dedurre che TOI-560 c è molto vicino alla sua stella e non si trova all'interno della zona abitabile (Figura 3).
3.3. Temperatura di esercizio
La temperatura media di TOI-560 c è stata determinata in base ai dati disponibili ottenuti dal telescopio CHEOPS, come riportato sul sito web di Hack an Exoplanet [[2]]. La temperatura media di TOI-560 c è di circa 225 °C. Questo valore supera in modo significativo le temperature di quasi tutti i pianeti del Sistema Solare, con la possibile eccezione di Venere, dove la temperatura media raggiunge valori intorno ai 565°C. La temperatura di TOI-560 c è vicina a quella di Mercurio, dove la temperatura media raggiunge i 167°C. Una temperatura del genere è inospitale per una vita simile a quella terrestre, dato che la temperatura media sulla Terra si aggira intorno ai 17°C. Inoltre, la temperatura che abbiamo determinato per TOI-560 c supera il punto di ebollizione dell'acqua (125°C). Un fattore cruciale è la pressione atmosferica. Il punto di ebollizione di una sostanza dipende non solo dalla sua temperatura, ma anche dalla pressione esercitata su di essa. Sulla Terra, al livello del mare, la pressione atmosferica è di circa 1 atmosfera, che permette all'acqua di bollire a 100°C. Su TOI-560 c, tuttavia, le condizioni atmosferiche e la composizione sono sostanzialmente diverse. Se la pressione atmosferica è significativamente più alta rispetto alla Terra, l'acqua avrà bisogno di una temperatura più elevata per raggiungere il suo punto di ebollizione. Il punto di ebollizione di una sostanza è la temperatura alla quale la sua pressione di vapore è uguale alla pressione esterna che agisce su di essa. Se la pressione esterna è più alta, come potrebbe essere il caso su TOI-560 c, il punto di ebollizione dell'acqua sarebbe di conseguenza più alto.

Ciò rappresenta una sfida significativa per l'emergere di una vita simile a quella terrestre.

Tuttavia, questa conclusione non è del tutto definitiva o conclusiva. Nonostante le condizioni inospitali della superficie del pianeta, è possibile che esista acqua liquida sotto forma di oceani o serbatoi profondi. L'alta densità (vedi 3.4. Densità) di TOI-560 c potrebbe indicare la presenza di una quantità significativa di acqua bloccata sotto la sua superficie rocciosa.

 

Figura 4: Dati (temperatura) tratti dal sito web di Hack an exoplanet [1].

3.4. Densità
Per calcolare la densità del pianeta, era necessario determinarne il volume. Il volume viene calcolato con la formula

(1.11)

dove RP rappresenta il raggio di TOI-560 c.

Abbiamo moltiplicato RP =2,37 per REarth = 6378 km per convertirlo in unità di base. Da ciò abbiamo ottenuto il valore di Rp.

(1.12)

Abbiamo sostituito questo valore nella formula già citata (3.11),

(1.13)

 

La formula si presentava quindi come segue:

(1.14)

Il valore del volume è stato poi sostituito nella formula per il calcolo della densità,

(1.15)

dove 𝜌 rappresenta la densità, M rappresenta la massa, V rappresenta il volume e p rappresenta l'esopianeta (TOI-560 c).

Il calcolo procede secondo la (3.14) come segue:

(1.16)

 

(1.17)

1.1. I risultati
Tabella 1: Risultati dello studio

Nome
TOI-560 c

Raggio
2.378 TERRA

Distanza orbitale
0,124 AU

Periodo orbitale
18,8797 giorni

Densità
4,004 g/cm3

Temperatura media
225 gradi Celsius

 

 

 

 

 

 

 

 

Sulla base delle informazioni fornite sull'esopianeta TOI-560 c, è possibile formulare ipotesi sul suo aspetto e sulla sua potenziale abitabilità.

 

Ipotesi 1: Data la temperatura media di 225 gradi Celsius, è probabile che TOI-560 c abbia un ambiente ostile con calore estremo. Le alte temperature suggeriscono l'assenza di un'atmosfera simile a quella terrestre in grado di sostenere la vita come la conosciamo. Al contrario, potrebbe avere un'atmosfera prevalentemente spessa e densa composta da gas serra, con un significativo effetto serra. Questo potrebbe portare a un effetto serra in fuga, causando un aumento delle temperature superficiali a livelli inabitabili.
Ipotesi 2: La densità di TOI-560 c, stimata a 4,004 g/cm3, suggerisce un'alta concentrazione di elementi pesanti o di materiali rocciosi. È possibile che l'esopianeta abbia una composizione rocciosa simile a quella dei pianeti terrestri del nostro Sistema Solare. La superficie potrebbe essere caratterizzata da terreni accidentati, formazioni rocciose e processi geologici potenzialmente attivi. Tuttavia, le temperature estreme rendono improbabile l'esistenza di acqua liquida sulla superficie del pianeta.
Ipotesi 3: nonostante le condizioni inospitali della superficie del pianeta, è possibile che esista acqua liquida sotto forma di oceani o di serbatoi profondi. L'alta densità di TOI-560 c potrebbe indicare la presenza di una quantità significativa di acqua bloccata sotto la sua superficie rocciosa. È ipotizzabile che, in presenza di determinate condizioni, come l'attività geotermica e l'isolamento, questi oceani subsuperficiali possano costituire un potenziale habitat per forme di vita microbiche adattate ad ambienti estremi. Questi organismi potrebbero prosperare in ambienti simili alle bocche idrotermali di profondità della Terra o agli habitat del sottosuolo.

[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 Conclusioni

Sulla base delle informazioni fornite, si ottengono le seguenti conclusioni:

L'esopianeta TOI-560 c ha un raggio di 2,378 volte superiore al raggio della Terra (REarth). Ciò suggerisce che TOI-560 c ha dimensioni maggiori rispetto alla Terra. Questo è anche il motivo per cui TOI-560 c viene talvolta definito una "Super-Terra". Tuttavia, il raggio di TOI-560 c è molto più vicino al raggio di Nettuno (3,88 REarth). Anche per questo motivo, nel nostro gruppo di studio non ci opponiamo alla denominazione di "Mini-Nettuno".
TOI-560 c si trova a una distanza media di 124 unità astronomiche (UA) dalla sua stella ospite. Ciò indica che orbita relativamente vicino alla sua stella all'interno del sistema planetario. Come riferimento, TOI-560 c ha una distanza orbitale simile a quella di Mercurio (0,39 UA) o di Venere (0,72 UA). Pertanto, possiamo affermare con certezza che non si trova nella zona abitabile, considerando entrambe le proprietà della sua stella ospite.
Densità: Con una densità di 004 (g/cm3), TOI-560 c possiede una densità relativamente elevata. Ciò suggerisce che l'esopianeta è probabilmente composto da materiali densi, tra cui forse elementi pesanti.
Temperatura media: La temperatura media su TOI-560 c è di circa 225 °C. Questa temperatura è significativamente più alta della temperatura media sulla Terra.

 

Sulla base dei dati forniti, sono stati forniti i valori di raggio, volume, densità, temperatura, distanza orbitale e periodo per l'esopianeta TOI-560 c. Sembra essere un ambiente ostile con temperature estreme e una superficie inospitale. Tuttavia, non si può escludere del tutto la presenza di serbatoi d'acqua sotterranei o di oceani, che potrebbero fornire una nicchia per forme di vita estremofile. Ulteriori indagini scientifiche, comprese osservazioni e misurazioni, sarebbero necessarie per convalidare queste ipotesi e determinare l'effettiva abitabilità di TOI-560 c.

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