Projekt Galéria 2023

Cheops_illustration_pillars

Študenti stredných škôl z celej Európy sa v spolupráci s ESA stali detektívmi exoplanét a pomocou údajov zo satelitu Cheops odhalili záhady dvoch exoplanét: KELT-3b a TOI-560c.

Preskúmajte nižšie uvedené projekty.

Planeterra

Víťaz ceny za najlepší projekt
Gymnázium Brno-Bystrc Brno - Južná Morava Česká republika 15 rokov, 19 rokov 3 / 0

Externá adresa URL na projekt tímu (napr. webová stránka alebo PDF):
https://photohorak.cz/TOI-560c.html

Odkaz na video na Youtube:
https://www.youtube.com/watch?v=0SZ2f3I-MtM

TOI-560c

Opis projektu TOI-560c:

Vo veľmi vzdialenej slnečnej sústave, presne 103 svetelných rokov, sa nachádza naša vytúžená exoplanéta. Ako už názov napovedá, naša TOI-560c nie je jedinou exoplanétou vo svojej slnečnej sústave. Aj keď je malá, v systéme sa nachádza druhá planéta, ktorá je približne dvakrát väčšia a nazýva sa TOI-560b. Obe obiehajú okolo hviezdy typu K, TOI-560, mimo obývateľnej zóny slnečnej sústavy.

TOI-560c Výsledky a analýza

Veľkosť planéty

Najprv sme určili priemer planéty na 30550,62 metra s hĺbkou tranzitu 0,01372%. Na výpočet polomeru sme najprv použili Allesfitterov násobiteľ 2,395. Tým sme získali polomer 15 275,3 kilometra. Teraz pomocou vzorca, kde H je rozdiel svetelných kriviek, ktorý sme prevzali z grafu merania svetelnej krivky Cheopsa, ktorý bol 99,862, čo znamená, že rozdiel sa sčítal na 0,137. Z toho sme dostali násobok 2,646, ktorý nám dal polomer 16 752,7 km, čo je približne 10% rozdiel oproti primárnemu výstupu Allesfittera.

Dĺžka obežnej dráhy

Vieme, že TOI-560c má ročné obdobie 18,87 pozemských dní, čo znamená, že jej rok je oveľa kratší ako na Zemi.

V slnečnej sústave obiehajú obe planéty veľmi blízko svojej hviezdy. Tak blízko, že ich najvyššia obežná dráha je oveľa nižšia ako obežná dráha Merkúra v našej slnečnej sústave. Keďže poznáme vzdialenosť TOI-560c od jej hviezdy, môžeme vypočítať dĺžku jej dráhy na 117 106 752,8 km. A z tejto dĺžky môžeme určiť obežnú rýchlosť na 720 958,63 m/s.

Obe dráhy oboch planét sú si podobné, pokiaľ ide o sklon, ktorý dosahuje len nepravidelnosť 0,4 od 90°. Obe planéty B a C majú veľmi podobný sklon obežnej dráhy, takže môžeme povedať, že nejde o putovné planéty, ktoré by sa ocitli v tejto slnečnej sústave a zostali tam kvôli gravitačnej príťažlivosti, ale skôr o planéty, ktoré vznikli vo veľmi podobnom čase.

Solárny systém

TOI-560c nie je jedinou planétou vo svojej slnečnej sústave. Okolo TOI-560 obieha druhá planéta. Obe boli objavené pomocou prechodovej metódy. Okrem toho majú TOI-560b a TOI-560c z nášho pohľadu takmer identické sklony takmer 90 stupňov, čo je ďalší dôkaz, že vznikli v podobnom čase v minulosti. Existujú však určité rozdiely. Hlavne vo veľkosti a dráhe. Podľa portálu exoplanet.eu má TOI-560b obežnú dobu 6,39 dňa, čo je o polovicu menej ako TOI-560c. TOI-560b má podľa meraní veľkosť 0,249 Jupitera, zatiaľ čo TOI-560c len 0,23. Rozdiely sú aj vo farbách, vyslovili sme niekoľko hypotéz o chemickom zložení TOI-560c, ktoré vedú priamo k farebnej schéme, všetko je uvedené v záložke "Atmosférické hypotézy". Obe planéty sú tiež ďaleko mimo obývateľnej zóny.

Encyklopédia extrasolárnych planét - HD 73583 c. (b.d.). http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/

Vek planéty

Podľa stránky http://exoplanet.eu/ je naša exoplanéta pomerne mladá, má 750 000 000 rokov. V tomto veku sa Zem nachádzala ešte v prekambriu, čo znamená, že sa na nej vytvorili len organické zhluky prokaryotických buniek, z ktorých sa vyvinuli eukaryotické bunky. Počas prekambria však boli povrchové teploty len niekoľko stupňov nad 0 °C.

Ale čo TOI-560c? Na jeho povrchu bola nameraná teplota okolo 225, čo v porovnaní so Zemou nie je príliš obývateľné prostredie. Hoci by sme mohli špekulovať o termofilných bunkách s mimoriadne hrubými bunkovými stenami, ktoré sa prispôsobili týmto teplotám. Napríklad v blízkosti sopky Kavači na Zemi dosahuje teplota vody okolo 68 °C a žraloky tam stále žijú. V prípade TOI-560C sme však naše návrhy obmedzili na malé organizmy v závislosti od obsahu atmosféry a tlaku.

Encyklopédia extrasolárnych planét - HD 73583 c. (b.d.). http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/

Atmosférické hypotézy

Rozdiel medzi definíciou mini-neptúna a supereptúna je tu veľmi tenký. Vyslovili sme tri hypotézy o tom, aké by mohlo byť zloženie TOI-560c v závislosti od prvkov, z ktorých sa skladá, a tiež v závislosti od hrúbky jednotlivých vrstiev.

Hypotéza 1:

V tejto hypotéze sme uvažovali o jadre planéty ako o vodíku, ktorý pôsobí ako pevný materiál. Jadro by malo priemer 8 000 kilometrov. Mohla by sa v ňom nachádzať voda? Áno, mohla by. Pri presnom tlaku 246 MPa, ktorý by umožnil, aby voda bola v kvapalnom stave. Ak by sme uvažovali o hornej vrstve atmosféry podobnej Neptúnu, bola by to reálna možnosť, ale hustota TOI-560c by presahovala nami nameranú hustotu. Preto sme uvažovali o novom prvku alebo zlúčenine, ktorá by sa nachádzala v atmosfére. Táto chemická látka by bola o niečo hustejšia ako vodík, hélium, metán a amoniak, ktoré spolu tvoria atmosféru Neptúna.

Hypotéza 2:

V tejto hypotéze sme predpokladali, že jadro bude vyrobené z hliníka. Atmosféru by tvorilo hélium a vodík. Pri tlaku 26 MPa by sme tam mohli vidieť vodu, pričom výhodou oproti hypotéze 1 by bol výrazne nižší tlak, čo by vytvorilo oveľa vhodnejšie podmienky pre akúkoľvek sondu, ktorá by tam mohla byť vyslaná. Predpokladali sme tiež, že priemer polomeru bude 5 200 km, aby zodpovedal všetkým spojeniam a hustote. V tomto prípade by atmosféra mohla byť hustejšia ako v hypotéze 1, pretože jadro nezaberá toľko miesta.

Hypotéza 3:

V druhom prípade by atmosféra pozostávala z hélia a vodíka. Hlavný rozdiel je v jadre, ktoré by obsahovalo lítium s fosforovou vrstvou. To by bol skvelý zdroj pre lítiové batérie. Chceli sme však znížiť tlak, preto sme uvažovali o vynechaní vody z tejto hypotézy. Bez vody by mohol byť tlak 13,6 kPa, čo je najnižší tlak zo všetkých možností. Po mnohých výpočtoch sme odhadli priemer jadra na 6 202,7 km.

Farba planéty

Podľa webových stránok www.exoplanets.nasa.gov a www.exoplanet.eu je TOI-560c zobrazený ako oranžový. Keďže však TOI-560 je hviezda typu K4V a TOI-560c má riedku atmosféru, myslíme si, že farba môže byť spôsobená farbou hviezdy a svetlom, ktoré vyžaruje. Keďže TOI-560 má jasnú oranžovú farbu, táto farba by sa mala odrážať na TOI-560c.

Encyklopédia extrasolárnych planét - HD 73583 c. (b.d.). http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/

Exoplanet-catalog - Výskum exoplanét: Planéty mimo našej slnečnej sústavy. (n.d.). Výskum exoplanét: Planéty mimo našej slnečnej sústavy. https://exoplanets.nasa.gov/exoplanet-catalog/8466/hd-73583-c/.

Kedy bude ďalší tranzit?

Zistili sme, že posledný tranzit sa uskutočnil 5. júna 2023 a začal o 1:28 a trval do 5:04. Z toho a z ďalších údajov sme vypočítali, že ďalší bude 23. júna od 22:35 do 24. júna o 2:11. A 24. júna bude TOI-560C v hypotetickom strede TOI-560, alebo aspoň tak to vyzerá z nášho pohľadu.

Porovnanie planét

TOI-560c
Zem
Neptún
KELT-3b

Hmotnosť
5,79303425 kg
5,97224 kg
1,02426 kg
2,691364 × 1027 kg

Polomer
15 275,3 km
6 371 km
24 622 km
93 191 km

Hustota
2,94 g/cm3
5,51 g/cm3
1,64 g/cm3
–

Gravitácia
13,77653981 m/s2
9,807 m/s2
11,15 m/s2
3,296 m/s2

Teplota
230 °C
15 °C
-200 °C
–

Orbitálna perióda
18,87 dňa
365 dní
60 265 dní
2,7 dňa

Vzdialenosť hviezd
0,124 au
1 au
30 au
0,041 au

Porovnanie hviezd

TOI-560
Sun

Vek
750 miliónov
3 853 miliónov

Hmotnosť

27 %

Polomer
452 200 km
35 %

Typ hviezdy
K4V
G2V

Teplota
4,240
30 %

Magnitúda
9.67
4,84 (teda väčšia svietivosť)

Porovnania Allesfitter

Najväčší rozdiel sme namerali v polomere. Najprv sme sa pokúsili použiť násobiteľ 2,395 od spoločnosti Allesfitter. Keď sme však použili vzorec pre tranzitnú hĺbku, dostali sme násobiteľ 2,646, a teda polomer 16,752 km namiesto 15,275 km.

Ďalší rozdiel bol vo vzdialenosti, kde sme ju vypočítali na 0,1245 au, ale Allesfitter prišiel len s 0,124 au.

Tím Planeterra

Vyrobené: Karel, Simon a Tom

TOI-560c Závery

Nakoniec si myslíme, že najpravdepodobnejším scenárom pre TOI-560c je, že atmosféra je pomerne riedka, ale existuje dostatočná gravitácia, aby ju udržala na mieste. Vysoký tlak sa tiež nezdá byť na mieste, takže si myslíme, že neprítomnosť vody je správna, rovnako ako existencia života na povrchu planéty.

Zdroje:

O - Hack an exoplanet, [bez dátumu]. Online. Dostupné z: https://hackanexoplanet.esa.int/about/

Katalóg exoplanét | Objavovanie - Výskum exoplanét: Planéty mimo našej slnečnej sústavy, [bez dátumu]. Výskum exoplanét: Planéty mimo našej slnečnej sústavy. Online. Dostupné z: https://exoplanets.nasa.gov/discovery/exoplanet-catalog/
MUFTI, Mohammed El, 2021. TOI 560 : Two Transiting Planets Orbiting a K Dwarf Validated with iSHELL, PFS and HIRES RVs [Dve tranzitujúce planéty obiehajúce okolo trpaslíka K overené pomocou iSHELL, PFS a HIRES RV]. arXiv.org. Online. 26. decembra 2021. Dostupné z: https://arxiv.org/abs/2112.13448
Encyklopédia extrasolárnych planét - diagramy. (n.d.). http://exoplanet.eu/diagrams/

Encyklopédia extrasolárnych planét - HD 73583 c. (b.d.). http://exoplanet.eu/catalog/hd_73583_c/
TOI-560 c, [bez dátumu]. Online. Dostupné z: http://www.exoplanetkyoto.org/exohtml/TOI-560_c.html

Sprievodné súbory:

Projekt Galéria 2023