Prosjektgalleri 2023
Ungdomsskoleelever fra hele Europa ble eksoplanetdetektiver sammen med ESA og brukte data fra Cheops-satellitten til å avdekke mysteriene rundt to eksoplaneter: KELT-3b og TOI-560c.
Utforsk prosjektene nedenfor.
Exoti
Evangelická Akademie Praha Praha Tsjekkia 17 år gammel, 15 år gammel 4 / 2
TOI-560c
TOI-560c prosjektbeskrivelse:
Dette arbeidet fokuserer på eksoplaneten TOI-560 c (omtalt som en mini-Neptun eller superjord), en av de to eksoplanetene som går i bane rundt dvergstjernen TOI-560 av K-typen, som ble observert ved hjelp av transittmetoden med romteleskopet CHaracterising ExOPlanets Satellite (CHEOPS). Målet med forskningen vår var å beregne de grunnleggende egenskapene til denne eksoplaneten, inkludert dens radius, masse, baneavstand, omløpstid, tetthet og gjennomsnittstemperatur. Basert på disse funnene er målet med arbeidet å finne ut om denne eksoplaneten oppfyller de nødvendige betingelsene for at det skal kunne eksistere liv som ligner livet på jorden. Basert på tilgjengelig informasjon anses det som usannsynlig at det finnes liv som ligner livet på jorden på TOI-560 c.
For å beregne radien til eksoplaneten TOI-560 c brukes transittmetoden, som innebærer å observere planetens passasje foran vertsstjernen. Planetens gjennomsnittlige radius i forhold til jordens radius bestemmes. Gjennomsnittlig baneavstand og omløpstid ble beregnet ved hjelp av Keplers lover. Tettheten til eksoplaneten TOI-560 c ble beregnet ut fra volum- og masseverdiene basert på den estimerte radien.
Resultatene viser at eksoplaneten TOI-560 c har en radius som er ca. 2,37 ganger større enn jordens radius, en masse som er ca. 9,7 ganger jordens, en gjennomsnittlig baneavstand på ca. 0,124 AE og en omløpstid på ca. 18,88 dager. Tettheten til eksoplaneten er anslått til ca. 4,004 g/cm3, og gjennomsnittstemperaturen er beregnet til 225 °C.
TOI-560c Resultater og analyse
1. Analyse av data
Målet med analysen er å bestemme radien til eksoplaneten TOI-560 c, dens omløpstid, avstand fra stjernen og dens tetthet. Beregningsmetodene er beskrevet i de følgende avsnittene.
3.1. Radien til TOI-560 c
For å bestemme planetens radius var det nødvendig å kjenne dybden på passasjen (dvs. den prosentvise reduksjonen i lysstyrken til stjernen TOI-560 når planeten TOI-560 c befant seg mellom observatøren og stjernen). I våre beregninger ble dette estimert til å være 0,2%.
Deretter fortsetter analysen med formelen:
(1.1)
R står for radius, p står for eksoplaneten (TOI-560 c) og s står for stjernen (TOI-560).
Følgende er en modifisering av formelen for beregning av radius:
(1.2)
De kjente verdiene settes inn i formelen (3.2.):
Beregninger av radius følger nedenfor.
(1.3)
Figur 2: Transittlyskurve for TOI-560 c [[1]].
På grunn av den upresise estimeringen av den prosentvise gjennomtrengningsdybden ble imidlertid resultatet vårt litt høyere enn det egentlig var. Med henvisning til verdiene i Allesfitter-programmet justerte vi resultatet vårt til REarth, og denne verdien brukes som grunnlag for videre beregninger.
3.2. Omløpstid
I beregningen av omløpstiden var det nødvendig å kjenne gravitasjonskonstanten (G) og solens masse (MS).
Vi fant begge verdiene på nettstedet Hack an Exoplanet[[1]]. Verdiene vi arbeidet med, er som følger:
(1.4)
(1.5)
Ut fra verdiene fra Allesfitter-programmet ble omløpstiden til TOI-560 c (18,8797 dager) bestemt. For videre beregninger konverteres denne verdien til sekunder (1631206,082 s).
Disse verdiene ble deretter brukt i formelen
(1.6)
der d representerer baneavstanden.
Arbeidet med formelen foregikk på følgende måte:
(1.7)
(1.8)
(1.9)
Figur 3: Modell av banen til TOI-560 c rundt stjernen TOI-560 (den blå prikken i det gule rektangelet representerer TOI-560 c) [[1]].
(1.10)
Beregningene gir et resultat på 0,124 AE, som er en kortere avstand sammenlignet med jordens avstand fra solen (1 AE). Sammenligningen av verdiene for TOI-560 c med verdiene for planeter i solsystemet vil bli behandlet i en senere del av studien. På dette tidspunktet er det på sin plass å nevne at basert på omløpstiden og avstanden fra vertsstjernen kan man slutte at TOI-560 c befinner seg svært nær stjernen og ikke innenfor den beboelige sonen (figur 3).
3.3. Temperatur
Gjennomsnittstemperaturen på TOI-560 c ble bestemt ut fra tilgjengelige data fra CHEOPS-teleskopet, som er oppgitt på nettstedet Hack an Exoplanet [[2]]. Den gjennomsnittlige temperaturen på TOI-560 c er omtrent 225 °C. Dette er betydelig høyere enn temperaturen på nesten alle andre planeter i solsystemet, kanskje med unntak av Venus, der gjennomsnittstemperaturen ligger på rundt 565 °C. Temperaturen på TOI-560 c ligger nær temperaturen på Merkur, der gjennomsnittstemperaturen når opp til 167 °C. En slik temperatur er ugjestmild for liv som på jorden, der gjennomsnittstemperaturen ligger på rundt 17 °C. I tillegg overstiger temperaturen vi har funnet for TOI-560 c kokepunktet for vann (125 °C). En avgjørende faktor er det atmosfæriske trykket. Kokepunktet til et stoff avhenger ikke bare av temperaturen, men også av trykket det utsettes for. På jorden, ved havnivå, er det atmosfæriske trykket omtrent 1 atmosfære, noe som gjør at vann koker ved 100 °C. På TOI-560 c er imidlertid de atmosfæriske forholdene og sammensetningen vesentlig annerledes. Hvis det atmosfæriske trykket er betydelig høyere enn på jorden, vil vann kreve en høyere temperatur for å nå kokepunktet. Kokepunktet for et stoff er den temperaturen der damptrykket er lik det ytre trykket som virker på stoffet. Hvis det ytre trykket er høyere, slik det kan være på TOI-560 c, vil vannets kokepunkt være tilsvarende høyere.
Dette utgjør en betydelig utfordring for fremveksten av liv som ligner på livet på jorden.
Denne konklusjonen er likevel ikke helt definitiv eller avgjørende. Til tross for de ugjestmilde forholdene på planetens overflate er det mulig at det finnes flytende vann i form av underjordiske hav eller dype reservoarer. Den høye tettheten (se 3.4. Tetthet) til TOI-560 c kan tyde på at det finnes betydelige mengder vann under den steinete overflaten.
Figur 4: Data (temperatur) fra nettstedet Hack an exoplanet [1].
3.4. Tetthet
For å beregne planetens tetthet var det nødvendig å bestemme volumet. Volumet beregnes ved hjelp av formelen
(1.11)
der RP representerer radiusen til TOI-560 c.
Vi multipliserte RP = 2,37 med REarth = 6378 km for å konvertere det til grunnenheter. Ut fra dette fikk vi verdien av Rp.
(1.12)
Vi satte denne verdien inn i den nevnte formelen (3.11),
(1.13)
Formelen så da ut som følger:
(1.14)
Verdien av volumet ble deretter satt inn i formelen for beregning av tettheten,
(1.15)
der 𝜌 representerer tettheten, M representerer massen, V representerer volumet og p representerer eksoplaneten (TOI-560 c).
Beregningen foregikk i henhold til (3.14) på følgende måte:
(1.16)
(1.17)
1.1. Resultater
Tabell 1: Resultater av undersøkelsen
Navn
TOI-560 c
Radius
2.378 REarth
Orbital avstand
0,124 AU
Omløpstid
18,8797 dager
Tetthet
4,004 g/cm3
Gjennomsnittlig temperatur
225 grader Celsius
Basert på informasjonen vi har fått om eksoplaneten TOI-560 c, kan vi foreslå hypoteser om dens utseende og potensielle beboelighet.
Hypotese 1: Med en gjennomsnittstemperatur på 225 grader Celsius er det sannsynlig at TOI-560 c har et fiendtlig miljø med ekstrem varme. De høye temperaturene tyder på at det ikke finnes en jordlignende atmosfære som kan opprettholde liv slik vi kjenner det. I stedet kan den ha en overveiende tykk og tett atmosfære bestående av drivhusgasser, noe som fører til en betydelig drivhuseffekt. Dette kan resultere i en løpsk drivhuseffekt som får overflatetemperaturen til å stige til ubeboelige nivåer.
Hypotese 2: Tettheten til TOI-560 c, estimert til 4,004 g/cm3, tyder på en høy konsentrasjon av tunge grunnstoffer eller steinmaterialer. Det er mulig at eksoplaneten har en steinsammensetning som ligner på terrestriske planeter i vårt solsystem. Overflaten kan være preget av ulendt terreng, steinformasjoner og potensielt aktive geologiske prosesser. De ekstreme temperaturene gjør det imidlertid lite sannsynlig at det finnes flytende vann på planetens overflate.
Hypotese 3: Til tross for de ugjestmilde forholdene på planetens overflate er det mulig at det finnes flytende vann i form av underjordiske hav eller dype reservoarer. Den høye tettheten til TOI-560 c kan tyde på at det finnes betydelige mengder vann under den steinete overflaten. Hvis visse betingelser er oppfylt, som geotermisk aktivitet og isolasjon, kan det tenkes at disse underjordiske havene kan være et potensielt habitat for mikrobielle livsformer som er tilpasset ekstreme miljøer. Disse organismene kan trives i miljøer som minner om jordens hydrotermiske skorsteiner i dyphavet eller underjordiske habitater.
[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 Konklusjoner
På bakgrunn av informasjonen som er gitt, kan vi trekke følgende konklusjoner:
Eksoplaneten TOI-560 c har en radius som er 2,378 ganger større enn jordens radius (REarth). Dette tyder på at TOI-560 c er større enn jorden. Det er også grunnen til at TOI-560 c noen ganger omtales som en "superjord". Radien til TOI-560 c er imidlertid mye nærmere radiusen til Neptun (3,88 REarth). Det er også grunnen til at vi i vår studiegruppe ikke motsetter oss betegnelsen "Mini-Neptun".
TOI-560 c befinner seg i en gjennomsnittlig avstand på 124 astronomiske enheter (AE) fra vertsstjernen. Dette indikerer at den går i bane relativt nær stjernen i planetsystemet. Til sammenligning har TOI-560 c en tilsvarende baneavstand som Merkur (0,39 AE) og Venus (0,72 AE). Derfor kan vi trygt slå fast at den ikke befinner seg i den beboelige sonen, tatt i betraktning begge egenskapene til vertsstjernen.
Tetthet: Med en tetthet på 004 (g/cm3) har TOI-560 c en relativt høy tetthet. Dette tyder på at eksoplaneten sannsynligvis består av tette materialer, muligens inkludert tunge grunnstoffer.
Gjennomsnittlig temperatur: Gjennomsnittstemperaturen på TOI-560 c er ca. 225 °C. Denne temperaturen er betydelig høyere enn gjennomsnittstemperaturen på jorden.
Basert på de oppgitte dataene ble det beregnet verdier for radius, volum, tetthet, temperatur, baneavstand og omløpstid for eksoplaneten TOI-560 c. Den ser ut til å være et fiendtlig miljø med ekstreme temperaturer og en ugjestmild overflate. Det kan imidlertid ikke utelukkes at det finnes vannreservoarer eller hav under overflaten, noe som potensielt kan være en nisje for ekstremofile livsformer. Ytterligere vitenskapelige undersøkelser, inkludert observasjoner og målinger, vil være nødvendige for å bekrefte disse hypotesene og fastslå om TOI-560 c faktisk er beboelig.