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Academia Evangélica de Praga  Praga -    República Checa 17 anos, 15 anos   4 / 2

TOI-560c

Descrição do projeto TOI-560c:

Este trabalho centra-se no exoplaneta TOI-560 c (referido como um mini-Neptuno ou super-Terra), um dos dois exoplanetas que orbitam a estrela anã de tipo K TOI-560, que foi observado utilizando o método de trânsito com o telescópio espacial CHaracterising ExOPlanets Satellite (CHEOPS). O objetivo da nossa investigação foi calcular as propriedades fundamentais deste exoplaneta, incluindo o seu raio, massa, distância orbital, período orbital, densidade e temperatura média. Com base nestas descobertas, o trabalho tem como objetivo determinar se este exoplaneta satisfaz as condições necessárias para a existência de vida semelhante à vida na Terra. Com base nas informações disponíveis, a existência de vida semelhante à da Terra em TOI-560 c é considerada improvável.

Para calcular o raio do exoplaneta TOI-560 c, é utilizado o método do trânsito, que consiste em observar a passagem do planeta em frente da sua estrela hospedeira. O raio médio do planeta em comparação com o raio da Terra é determinado. A distância orbital média e o período orbital foram calculados usando as leis de Kepler. A densidade do exoplaneta TOI-560 c foi obtida a partir dos valores de volume e massa baseados no raio estimado.

Os resultados indicam que o exoplaneta TOI-560 c tem um raio aproximadamente 2,37 vezes maior que o raio da Terra, uma massa aproximadamente 9,7 vezes maior que a da Terra, uma distância orbital média de cerca de 0,124 UA e um período orbital de aproximadamente 18,88 dias. A densidade estimada do exoplaneta é de aproximadamente 4,004 g/cm3, e a temperatura média é estimada em 225°C.

Resultados e análise do TOI-560c

1. Análise dos dados
O objetivo da análise é determinar o raio do exoplaneta TOI-560 c, o seu período orbital, a distância à sua estrela e a sua densidade. Os métodos de cálculo são apresentados nas secções seguintes.
3.1. O raio do TOI-560 c
Para determinar o raio do planeta, foi necessário conhecer a profundidade do trânsito (ou seja, a diminuição percentual no brilho da estrela TOI-560 quando o planeta TOI-560 c estava localizado entre o observador e a sua estrela). Nos nossos cálculos, este valor foi estimado em 0,2%.

Posteriormente, a análise é efectuada com a fórmula:

(1.1)

R representa o raio; p representa o exoplaneta (TOI-560 c) e s representa a sua estrela (TOI-560).

Segue-se uma modificação da fórmula de cálculo do raio:

(1.2)

Os valores conhecidos são substituídos na fórmula (3.2.):

Os cálculos do raio são os seguintes.

 

 

 

 
(1.3)

Figura 2: Curva de luz de trânsito do TOI-560 c [[1]]

No entanto, devido à estimativa imprecisa da percentagem de profundidade de trânsito, o nosso resultado foi ligeiramente superior ao real. Com base nos valores obtidos no programa Allesfitter, ajustámos o nosso resultado para REarth, e este valor é utilizado como base para cálculos posteriores.

3.2. Período orbital

Para o cálculo do período orbital, foi necessário conhecer a constante gravitacional (G) e a massa do Sol (MS).

Encontrámos ambos os valores no sítio Web Hack an Exoplanet[[1]]. Os valores com que trabalhámos são os seguintes:

(1.4)

 

 
(1.5)

A partir dos valores obtidos no programa Allesfitter, foi determinado o período orbital do TOI-560 c (18,8797 dias). Para cálculos posteriores, este valor é convertido em segundos (1631206.082 s).

Estes valores foram depois utilizados na fórmula

(1.6)

onde d representa a distância orbital.

O trabalho com a fórmula foi efectuado da seguinte forma:

(1.7)

 

(1.8)

 

(1.9)

Figura 3: O modelo da órbita de TOI-560 c em torno da estrela TOI-560 (o ponto azul no retângulo amarelo representa TOI-560 c) [[1]]

(1.10)

A partir dos cálculos, obtém-se um resultado de 0,124 UA, que é uma distância mais curta do que a distância da Terra ao Sol (1 UA). A comparação dos valores relacionados com o TOI-560 c com os valores relacionados com os planetas do Sistema Solar será abordada numa parte posterior do estudo. Neste ponto, é apropriado mencionar que, com base no período orbital e na distância à estrela hospedeira, pode inferir-se que TOI-560 c está muito próximo da sua estrela e não está localizado dentro da zona habitável (Figura 3).
3.3. Temperatura
A temperatura média em TOI-560 c foi determinada a partir dos dados disponíveis obtidos pelo telescópio CHEOPS, tal como fornecido no sítio Web Hack an Exoplanet [[2]]. A temperatura média no TOI-560 c é de aproximadamente 225°C. Isto ultrapassa significativamente as temperaturas de quase todos os planetas do Sistema Solar, com a possível exceção de Vénus, onde a temperatura média atinge valores à volta dos 565°C. A temperatura do TOI-560 c está próxima da temperatura de Mercúrio, onde a temperatura média atinge os 167°C. Esta temperatura é inóspita para vida semelhante à da Terra, uma vez que a temperatura média na Terra ronda os 17°C. Para além disso, a temperatura que determinámos para o TOI-560 c excede o ponto de ebulição da água (125°C). Um fator crucial é a pressão atmosférica. O ponto de ebulição de uma substância depende não só da sua temperatura mas também da pressão exercida sobre ela. Na Terra, ao nível do mar, a pressão atmosférica é de aproximadamente 1 atmosfera, o que permite que a água ferva a 100°C. No TOI-560 c, no entanto, as condições atmosféricas e a composição são substancialmente diferentes. Se a pressão atmosférica for significativamente mais elevada do que na Terra, a água necessitará de uma temperatura mais elevada para atingir o seu ponto de ebulição. O ponto de ebulição de uma substância é a temperatura à qual a sua pressão de vapor é igual à pressão externa que actua sobre ela. Se a pressão externa for maior, como pode ser o caso em TOI-560 c, o ponto de ebulição da água será correspondentemente maior.

Isto representa um desafio significativo para o aparecimento de vida semelhante à da Terra.

No entanto, esta conclusão não é totalmente definitiva ou conclusiva. Apesar das condições inóspitas da superfície do planeta, existe a possibilidade de existir água líquida sob a forma de oceanos subterrâneos ou reservatórios profundos. A alta densidade (ver 3.4. Densidade) de TOI-560 c poderia indicar a presença de uma quantidade significativa de água trancada sob a sua superfície rochosa.

 

Figura 4: Dados (temperatura) do sítio Web Hack an exoplanet [1]

3.4. Densidade
Para calcular a densidade do planeta, foi necessário determinar o seu volume. O volume é calculado através da fórmula

(1.11)

em que RP representa o raio do TOI-560 c.

Multiplicámos RP =2,37 por REarth = 6378 km para o converter para unidades de base. A partir daí, obtivemos o valor de Rp.

(1.12)

Substituímos este valor na fórmula (3.11) acima referida,

(1.13)

 

A fórmula era então a seguinte:

(1.14)

O valor do volume foi então substituído na fórmula de cálculo da densidade,

(1.15)

onde 𝜌 representa a densidade, M representa a massa, V representa o volume e p representa o exoplaneta (TOI-560 c).

O cálculo foi efectuado de acordo com (3.14) da seguinte forma:

(1.16)

 

(1.17)

1.1. Resultados
Tabela 1: Resultados do estudo

Nome
TOI-560 c

Raio
2.378 REarth

Distância orbital
0,124 UA

Período orbital
18,8797 dias

Densidade
4,004 g/cm3

Temperatura média
225 graus Celsius

 

 

 

 

 

 

 

 

Com base na informação fornecida sobre o exoplaneta TOI-560 c, podem ser propostas hipóteses relativamente ao seu aspeto e potencial habitabilidade.

 

Hipótese 1: Dada a temperatura média de 225 graus Celsius, é provável que TOI-560 c tenha um ambiente hostil com calor extremo. As altas temperaturas sugerem a ausência de uma atmosfera semelhante à da Terra, capaz de sustentar a vida tal como a conhecemos. Em vez disso, pode ter uma atmosfera predominantemente espessa e densa, composta por gases com efeito de estufa, levando a um efeito de estufa significativo. Isto pode resultar num efeito de estufa descontrolado, fazendo com que as temperaturas à superfície subam para níveis inabitáveis.
Hipótese 2: A densidade de TOI-560 c, estimada em 4,004 g/cm3, sugere uma alta concentração de elementos pesados ou materiais rochosos. É possível que o exoplaneta tenha uma composição rochosa semelhante à dos planetas terrestres do nosso Sistema Solar. A superfície pode ser caracterizada por terreno acidentado, formações rochosas e processos geológicos potencialmente activos. No entanto, as temperaturas extremas tornam improvável a existência de água líquida na superfície do planeta.
Hipótese 3: Apesar das condições inóspitas da superfície do planeta, existe a possibilidade de existir água líquida sob a forma de oceanos subsuperficiais ou reservatórios profundos. A alta densidade de TOI-560 c poderia indicar a presença de uma quantidade significativa de água trancada sob a sua superfície rochosa. É concebível que, se estiverem reunidas certas condições, como a atividade geotérmica e o isolamento, estes oceanos subterrâneos possam constituir um habitat potencial para formas de vida microbianas adaptadas a ambientes extremos. Estes organismos podem desenvolver-se em ambientes semelhantes aos das fontes hidrotermais de águas profundas da Terra ou em habitats subsuperficiais.

[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 Conclusões

Com base nas informações fornecidas, são obtidas as seguintes conclusões:

O exoplaneta TOI-560 c tem um raio 2,378 vezes maior do que o raio da Terra (REarth). Isto sugere que o TOI-560 c é maior em tamanho do que a Terra. Esta é também a razão pela qual TOI-560 c é por vezes referido como uma "Super-Terra". No entanto, o raio de TOI-560 c é muito mais próximo do raio de Neptuno (3,88 REarth). É também por isso que não nos opomos à designação de "Mini-Neptuno" no nosso grupo de estudo.
TOI-560 c está situado a uma distância média de 124 unidades astronómicas (UA) da sua estrela hospedeira. Isto indica que orbita relativamente perto da sua estrela dentro do sistema planetário. Para referência, TOI-560 c tem uma distância orbital semelhante à de Mercúrio (0,39 UA) ou Vénus (0,72 UA). Por isso, podemos afirmar com confiança que não está localizado na zona habitável, considerando ambas as propriedades da sua estrela hospedeira.
Densidade: Com uma densidade de 004 (g/cm3), TOI-560 c possui uma densidade relativamente alta. Isto sugere que o exoplaneta é provavelmente composto de materiais densos, possivelmente incluindo elementos pesados.
Temperatura média: A temperatura média no TOI-560 c é de aproximadamente 225 °C. Esta temperatura é significativamente mais elevada do que a temperatura média na Terra.

 

Com base nos dados fornecidos, os valores do raio, volume, densidade, temperatura, distância orbital e período foram fornecidos para o exoplaneta TOI-560 c. Parece ser um ambiente hostil com temperaturas extremas e uma superfície inóspita. No entanto, a presença de reservatórios de água subterrâneos ou oceanos não pode ser totalmente excluída, potencialmente fornecendo um nicho para formas de vida extremófilas. Seria necessária mais investigação científica, incluindo observações e medições, para validar estas hipóteses e determinar a habitabilidade real de TOI-560 c.

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