Projekt Galéria 2023

Exoti

Evangelická Akademie Praha  Praha -    Česká republika 17 rokov, 15 rokov   4 / 2

TOI-560c

Opis projektu TOI-560c:

Táto práca sa zameriava na exoplanétu TOI-560 c (označovanú ako mini Neptún alebo super-Zem), jednu z dvoch exoplanét obiehajúcich okolo trpasličej hviezdy typu K TOI-560, ktorá bola pozorovaná pomocou tranzitnej metódy pomocou vesmírneho teleskopu CHaracterising ExOPlanets Satellite (CHEOPS). Cieľom nášho výskumu bolo vypočítať základné vlastnosti tejto exoplanéty vrátane jej polomeru, hmotnosti, obežnej vzdialenosti, obežnej doby, hustoty a priemernej teploty. Na základe týchto zistení je práca zameraná na určenie, či táto exoplanéta spĺňa podmienky potrebné na existenciu života podobného životu na Zemi. Na základe dostupných informácií sa existencia života podobného tomu na Zemi na TOI-560 c považuje za nepravdepodobnú.

Na výpočet polomeru exoplanéty TOI-560 c sa používa tranzitná metóda, ktorá zahŕňa pozorovanie prechodu planéty pred jej hostiteľskou hviezdou. Určí sa priemerný polomer planéty v porovnaní s polomerom Zeme. Priemerná obežná vzdialenosť a obežná doba boli vypočítané pomocou Keplerových zákonov. Hustota exoplanéty TOI-560 c sa získala z hodnôt objemu a hmotnosti na základe odhadnutého polomeru.

Výsledky ukazujú, že exoplanéta TOI-560 c má polomer približne 2,37-krát väčší ako polomer Zeme, hmotnosť približne 9,7-krát väčšiu ako Zem, strednú obežnú vzdialenosť približne 0,124 AU a obežnú dobu približne 18,88 dňa. Odhadovaná hustota exoplanéty je približne 4,004 g/cm3 a priemerná teplota sa odhaduje na 225 °C.

TOI-560c Výsledky a analýza

1. Analýza údajov
Cieľom analýzy je určiť polomer exoplanéty TOI-560 c, jej obežnú dobu, vzdialenosť od hviezdy a hustotu. Metódy výpočtov sú uvedené v nasledujúcich častiach.
3.1. Polomer TOI-560 c
Na určenie polomeru planéty bolo potrebné poznať hĺbku tranzitu (t. j. percentuálny pokles jasnosti hviezdy TOI-560, keď sa planéta TOI-560 c nachádzala medzi pozorovateľom a jeho hviezdou). V našich výpočtoch sa táto hodnota odhadla na 0,2%.

Následne sa pri analýze postupuje podľa vzorca:

(1.1)

R znamená polomer, p znamená exoplanétu (TOI-560 c) a s znamená jej hviezdu (TOI-560).

Nasleduje úprava vzorca na výpočet polomeru:

(1.2)

Známe hodnoty sa dosadia do vzorca (3.2.):

Nasledujú výpočty polomeru.

 

 

 

 
(1.3)

Obrázok 2: Svetelná krivka tranzitu TOI-560 c [[1]]

Kvôli nepresnému odhadu percentuálnej hĺbky tranzitu sa však náš výsledok Kvôli nepresnému odhadu percentuálnej hĺbky tranzitu sa náš výsledok ukázal o niečo vyšší, ako v skutočnosti bol. S odkazom na hodnoty získané v programe Allesfitter sme náš výsledok upravili na REarth a táto hodnota sa používa ako základ pre ďalšie výpočty.

3.2. Orbitálna perióda

Pri výpočte obežnej doby bolo potrebné poznať gravitačnú konštantu (G) a hmotnosť Slnka (MS).

Obe hodnoty sme našli na webovej stránke Hack an Exoplanet[[1]]. Hodnoty, s ktorými sme pracovali, sú nasledovné:

(1.4)

 

 
(1.5)

Z hodnôt získaných z programu Allesfitter bola určená obežná doba TOI-560 c (18,8797 dňa). Na ďalšie výpočty sa táto hodnota prepočítala na sekundy (1631206,082 s).

Tieto hodnoty sa potom použili vo vzorci

(1.6)

kde d predstavuje orbitálnu vzdialenosť.

Práca so vzorcom prebiehala nasledovne:

(1.7)

 

(1.8)

 

(1.9)

Obrázok 3: Model dráhy TOI-560 c okolo hviezdy TOI-560 (modrá bodka v žltom obdĺžniku predstavuje TOI-560 c) [[1]]

(1.10)

Z výpočtov vyplynul výsledok 0,124 AU, čo je kratšia vzdialenosť v porovnaní so vzdialenosťou Zeme od Slnka (1 AU). Porovnaním hodnôt týkajúcich sa TOI-560 c s hodnotami týkajúcimi sa planét v Slnečnej sústave sa budeme zaoberať v ďalšej časti štúdie. Na tomto mieste je vhodné spomenúť, že na základe obežnej doby a vzdialenosti od hostiteľskej hviezdy možno usúdiť, že TOI-560 c sa nachádza veľmi blízko svojej hviezdy a nenachádza sa v obývateľnej zóne (obrázok 3).
3.3. Teplota
Priemerná teplota na TOI-560 c bola určená z dostupných údajov získaných teleskopom CHEOPS, ktoré sú uvedené na webovej stránke Hack an Exoplanet [[2]]. Priemerná teplota na TOI-560 c je približne 225 °C. To výrazne prevyšuje teploty takmer všetkých planét Slnečnej sústavy, s možnou výnimkou Venuše, kde priemerná teplota dosahuje hodnoty okolo 565 °C. Teplota na TOI-560 c je blízka teplote Merkúra, kde priemerná teplota dosahuje až 167 °C. Takáto teplota je nehostinná pre život podobný tomu na Zemi, keďže priemerná teplota na Zemi sa pohybuje okolo 17 °C. Okrem toho teplota, ktorú sme určili pre TOI-560 c, presahuje bod varu vody (125 °C). Jedným z rozhodujúcich faktorov je atmosférický tlak. Bod varu látky závisí nielen od jej teploty, ale aj od tlaku, ktorý na ňu pôsobí. Na Zemi, na úrovni hladiny mora, je atmosférický tlak približne 1 atmosféra, čo umožňuje vrieť vode pri teplote 100 °C. Na TOI-560 c sú však atmosférické podmienky a zloženie podstatne odlišné. Ak je atmosférický tlak výrazne vyšší ako na Zemi, voda by potrebovala vyššiu teplotu na dosiahnutie bodu varu. Teplota varu látky je teplota, pri ktorej sa tlak jej pár rovná vonkajšiemu tlaku, ktorý na ňu pôsobí. Ak je vonkajší tlak vyšší, ako by to mohlo byť v prípade TOI-560 c, teplota varu vody by bola primerane vyššia.

To predstavuje významnú výzvu pre vznik života podobného tomu na Zemi.

Napriek tomu tento záver nie je úplne konečný alebo definitívny. Napriek nehostinným podmienkam na povrchu planéty existuje možnosť existencie tekutej vody vo forme podpovrchových oceánov alebo hlbokých zásobníkov. Vysoká hustota (pozri 3.4. Hustota) TOI-560 c by mohla naznačovať prítomnosť značného množstva vody uzavretej pod jej skalnatým povrchom.

 

Obrázok 4: Údaje (teplota) z webovej stránky Hack an exoplanet [1]

3.4. Hustota
Na výpočet hustoty planéty bolo potrebné určiť jej objem. Objem sa vypočíta podľa vzorca

(1.11)

kde RP predstavuje polomer TOI-560 c.

Na prepočet na základné jednotky sme RP =2,37 vynásobili koeficientom REarth = 6378 km. Z toho sme získali hodnotu Rp.

(1.12)

Túto hodnotu sme dosadili do vyššie uvedeného vzorca (3.11),

(1.13)

 

Vzorec potom vyzeral takto:

(1.14)

Hodnota objemu sa potom dosadila do vzorca na výpočet hustoty,

(1.15)

kde 𝜌 predstavuje hustotu, M predstavuje hmotnosť, V predstavuje objem a p predstavuje exoplanétu (TOI-560 c).

Výpočet prebiehal podľa (3.14) nasledovne:

(1.16)

 

(1.17)

1.1. Výsledky
Tabuľka 1: Výsledky štúdie

Názov
TOI-560 c

Polomer
2.378 REarth

Orbitálna vzdialenosť
0,124 AU

Orbitálna perióda
18,8797 dňa

Hustota
4,004 g/cm3

Priemerná teplota
225 stupňov Celzia

 

 

 

 

 

 

 

 

Na základe poskytnutých informácií o exoplanéte TOI-560 c možno navrhnúť hypotézu o jej vzhľade a potenciálnej obývateľnosti.

 

Hypotéza 1: Vzhľadom na priemernú teplotu 225 stupňov Celzia je pravdepodobné, že v TOI-560 c je nehostinné prostredie s extrémnym teplom. Vysoké teploty naznačujú absenciu atmosféry podobnej Zemi, ktorá by bola schopná udržať život, ako ho poznáme. Namiesto toho môže mať prevažne hustú a hustú atmosféru zloženú zo skleníkových plynov, čo vedie k výraznému skleníkovému efektu. To by mohlo viesť k úniku skleníkového efektu, ktorý by spôsobil nárast povrchových teplôt na neobývateľnú úroveň.
Hypotéza 2: Hustota TOI-560 c, odhadovaná na 4,004 g/cm3, naznačuje vysokú koncentráciu ťažkých prvkov alebo horninového materiálu. Je možné, že exoplanéta má skalnaté zloženie podobné terestrickým planétam v našej slnečnej sústave. Povrch sa môže vyznačovať členitým terénom, skalnatými útvarmi a potenciálne aktívnymi geologickými procesmi. Vzhľadom na extrémne teploty je však nepravdepodobné, že by sa na povrchu planéty nachádzala kvapalná voda.
Hypotéza 3: Napriek nehostinným podmienkam na povrchu planéty existuje možnosť existencie tekutej vody vo forme podpovrchových oceánov alebo hlbokých zásobníkov. Vysoká hustota TOI-560 c by mohla naznačovať prítomnosť značného množstva vody uzavretej pod jej skalnatým povrchom. Je možné, že ak sú splnené určité podmienky, ako napríklad geotermálna aktivita a izolácia, tieto podpovrchové oceány by mohli poskytnúť potenciálne prostredie pre mikrobiálne formy života prispôsobené extrémnym podmienkam. Týmto organizmom by sa mohlo dariť v prostredí podobnom hlbokomorským hydrotermálnym prieduchom alebo podpovrchovým biotopom Zeme.

[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 Závery

Na základe poskytnutých informácií sa vyvodili tieto závery:

Exoplanéta TOI-560 c má polomer 2,378-krát väčší ako polomer Zeme (REarth). To naznačuje, že TOI-560 c je v porovnaní so Zemou väčšia. To je tiež dôvod, prečo sa TOI-560 c niekedy označuje ako "superzemľa". Polomer TOI-560 c je však oveľa bližší polomeru Neptúna (3,88 REarth). Aj preto sa v našej študijnej skupine nebránime označeniu "Mini Neptún".
TOI-560 c sa nachádza v priemernej vzdialenosti 124 astronomických jednotiek (AU) od svojej hostiteľskej hviezdy. To naznačuje, že v rámci planetárneho systému obieha relatívne blízko svojej hviezdy. Pre porovnanie, TOI-560 c má podobnú obežnú vzdialenosť ako Merkúr (0,39 AU) alebo Venuša (0,72 AU). Preto môžeme s istotou tvrdiť, že sa nenachádza v obývateľnej zóne, ak vezmeme do úvahy obe vlastnosti jej hostiteľskej hviezdy.
Hustota: S hustotou 004 (g/cm3) má TOI-560 c pomerne vysokú hustotu. To naznačuje, že exoplanéta je pravdepodobne zložená z hustých materiálov, pravdepodobne vrátane ťažkých prvkov.
Priemerná teplota: Priemerná teplota na TOI-560 c je približne 225 °C. Táto teplota je výrazne vyššia ako priemerná teplota na Zemi.

 

Na základe poskytnutých údajov boli poskytnuté hodnoty polomeru, objemu, hustoty, teploty, obežnej vzdialenosti a periódy pre exoplanétu TOI-560 c. Zdá sa, že ide o nehostinné prostredie s extrémnymi teplotami a nehostinným povrchom. Nemožno však úplne vylúčiť prítomnosť podpovrchových zásobární vody alebo oceánov, ktoré by potenciálne mohli poskytnúť medzeru pre extrémne formy života. Na potvrdenie týchto hypotéz a určenie skutočnej obývateľnosti TOI-560 c by bol potrebný ďalší vedecký výskum vrátane pozorovaní a meraní.

Všetky projekty