Projectgalerij 2023
Middelbare scholieren uit heel Europa werden samen met ESA exoplaneetdetectives en gebruikten gegevens van de Cheops-satelliet om de mysteries van twee exoplanetdoelen bloot te leggen: KELT-3b en TOI-560c.
Bekijk de projecten hieronder.
Abakus
Prijswinnaar Beste Project
Universiteit van Nova Gorica Ajdovščina - Slovenië 16 jaar, 17 jaar 2 / 2
TOI-560c
TOI-560c projectbeschrijving:
Als onderdeel van het Hack an Exoplanet-project hebben we twee exoplaneten geanalyseerd en de exoplaneet TOI-560c nader bekeken. Exoplaneten zijn planeten die buiten ons zonnestelsel om andere sterren draaien. Hun eigenschappen (grootte, massa, baan) worden gemeten met behulp van gegevens uit astronomische waarnemingen. We hebben gegevens geanalyseerd van de CHEOPS-satelliet (ESA), die de passage van een exoplaneet over zijn gastheerster heeft geobserveerd, waarbij hij het licht van de ster gedeeltelijk blokkeerde. Met behulp van het onlineprogramma allesfitter en onze eigen analyse hebben we ontdekt dat de planeet tot de klasse van mini-Neptunes behoort en dat zijn eigenschappen niet significant verschillen van de bekende populatie van mini-Neptunes. De planeet heeft een rotsachtige kern. Hij draait op relatief korte afstand rond zijn ster en de oppervlaktetemperatuur overschrijdt de grens voor vloeibaar water. Leven zoals wij dat kennen, kan daarom niet bestaan op TOI-560c.
TOI-560c Resultaten en analyse
We begonnen onze analyse met de allesfitter webtool. De applicatie leverde waarnemingsgegevens van de passage. De applicatie stelde ons ook in staat om een model te passen op de gegevens, waardoor we waarden kregen voor enkele parameters van de exoplaneet en zijn baan. Eerst pasten we handmatig de straal van de planeet, de straal van de ster en de tijd van het middelpunt van de overgang aan om te raden welk model het beste bij de lichtcurve paste. De tool gebruikte vervolgens een algoritme om het beste model voor de overgang te vinden. Figuur 1 toont de gegevens, overplot met de familie van beste modellen (rood) en onze eerste gok (grijs). Histogrammen van de meest waarschijnlijke waarden voor planeetstraal, sterstraal en middentijd van de overgang staan in figuur 2, en de waarden, inclusief onzekerheden, staan in de tabel (figuur 3). De meest waarschijnlijke waarden zijn 2,39 aardstralen, 0,65 zonnestralen en 0,44 dagen. De tabel gaf ook waarden voor de omlooptijd van de planeet (18,8 dagen) en de grootte van de halve baanellips (0,1242 au) - deze waren op andere manieren gemeten.
We hebben de waarden van sommige parameters ook anders gemeten. We berekenden de verhouding tussen de grootte van de planeet en de grootte van de ster via het dimmen van de ster tijdens de overgang. Toen we de grootte van de ster kenden (0,65 zonnestraal), konden we de straal van de planeet berekenen (2,46 aardstralen). Met behulp van de bekende periode en de derde wet van Kepler berekenden we de halve lange as van de baan (0,125 au). Nu we de grootte en massa van de planeet weten (de massa is gemeten met de radiale methode, de waarde is ongeveer 9,7 aardmassa's), kunnen we de gemiddelde dichtheid van de planeet berekenen (3,6 g cm-3).
We kunnen ook de temperatuur van de planeet schatten. De evenwichtstemperatuur van de planeet werd berekend door aan te nemen dat de ster licht uitstraalt als een zwart lichaam, dat de planeet een deel van het licht absorbeert en een deel reflecteert, en dat de planeet een deel van de energie uitstraalt. We hebben de temperatuur berekend voor twee verschillende rotatiesnelheden van de planeet om zijn as - langzaam en snel. We hebben aangenomen dat de temperatuur aan het oppervlak van de ster 4511 K is [1]. Voor de reflectiviteit of albedo hebben we een waarde van 0,1 aangenomen (een benadering voor een mini-Neptunus). Voor een langzaam roterende planeet hebben we dus een temperatuur van 574 K, en voor een snel roterende planeet 483 K. Deze laatste waarde is vergelijkbaar met de waarde in de case file en in [1]. Onze berekening is vereenvoudigd omdat we geen rekening hebben gehouden met de samenstelling en atmosfeer van de planeet. Als de atmosfeer dichter is, gaat er minder energie terug de ruimte in dan wanneer de atmosfeer dunner is. We kunnen dit zien als we naar Venus kijken en de temperatuur en atmosfeer vergelijken met die van ons - die van de aarde. We hebben ook gekeken hoe ver weg een planeet moet staan om vloeibaar water te hebben. Onder de bovenstaande aannames moet een planeet minstens vijf keer zo ver van de ster staan om vloeibaar water te hebben (en waarschijnlijk nog verder weg).
TOI-560c is waarschijnlijk een rotsachtige planeet. Hij staat relatief dicht bij de ster, dus de oppervlaktetemperatuur is te hoog voor vloeibaar water. Er is geen andere planeet zoals deze in ons zonnestelsel. Hij staat vier keer dichter bij een ster dan Mercurius bij de zon. Zoals we weten zijn er geen mini-Neptunes in ons zonnestelsel, maar ze worden wel vaak rond andere sterren gevonden.
Tot slot hebben we gekeken hoe TOI-560c zich verhoudt tot andere mini-Neptunes. We hebben een steekproef van mini-Neptunes [2], dat wil zeggen exoplaneten met stralen tussen 1,7 en 4 aardstralen en massa's kleiner dan 20 aardmassa's [3]. Figuren 4 en 5 tonen de afhankelijkheden tussen periode en straal en straal en massa voor de steekproef. ToI-560c is rood gemarkeerd. We vonden dat TOI-560c een typische Mini-Neptunus is met een straal die slechts 2% afwijkt van de gemiddelde straal van Mini-Neptunes (2,5 aardstralen). Zijn periode ligt ook dicht bij het gemiddelde, maar is hoger dan de mediaan omdat de meeste Mini-Neptunes die gevonden zijn dichter bij de ster staan (waarschijnlijk door waarnemingsbias). Bij het vergelijken van straal en massa springt TOI-560c er ook niet uit.
Onze metingen kunnen worden verbeterd. We hebben met name geen rekening gehouden met de onzekerheden. We voegen ook een dossier bij van onze analyse van de planeet.
[1] http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/
[2] http://exoplanet.eu/catalog/
[3] https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1405/1405.7695.pdf
TOI-560c Conclusies
Na het uitvoeren van onze berekeningen hebben we geconcludeerd dat de planeet heel dicht bij zijn ster staat en, gezien zijn dichtheid, waarschijnlijk een rotsachtige planeet is. De oppervlaktetemperatuur is relatief hoog, dus we verwachten geen vloeibaar water op het oppervlak en geen leven zoals wij dat kennen. Door TOI-560c te vergelijken met een steekproef van bekende mini-Neptunes, zijn we tot de conclusie gekomen dat TOI-560c een typische vertegenwoordiger van mini-Neptunes is, aangezien de waarden voor de meeste parameters zeer dicht bij de catalogusgemiddelden liggen. TOI-560c lijkt op geen enkele planeet in ons zonnestelsel.
Ondersteunende bestanden:
