Projektgalleri 2023

Exoti

Evangeliska akademin i Prag  Prag    Tjeckien 17 år gammal, 15 år gammal   4 / 2

TOI-560c

Projektbeskrivning för TOI-560c:

Detta arbete fokuserar på exoplaneten TOI-560 c (kallad mini-Neptunus eller superjord), en av de två exoplaneter som kretsar kring dvärgstjärnan TOI-560 av K-typ, som observerades med hjälp av transitmetoden med rymdteleskopet CHEOPS (CHaracterising ExOPlanets Satellite). Syftet med vår forskning var att beräkna de grundläggande egenskaperna hos denna exoplanet, inklusive dess radie, massa, omloppsavstånd, omloppstid, densitet och medeltemperatur. Baserat på dessa resultat syftar arbetet till att avgöra om denna exoplanet uppfyller de nödvändiga villkoren för förekomsten av liv som liknar livet på jorden. Baserat på tillgänglig information anses förekomsten av liv liknande det på jorden på TOI-560 c vara osannolik.

För att beräkna exoplaneten TOI-560 c:s radie används transitmetoden, som innebär att man observerar planetens passage framför sin värdstjärna. Planetens genomsnittliga radie i jämförelse med jordens radie bestäms. Det genomsnittliga omloppsavståndet och omloppstiden beräknades med hjälp av Keplers lagar. Densiteten för exoplaneten TOI-560 c erhölls från värdena för volym och massa baserat på den uppskattade radien.

Resultaten visar att exoplaneten TOI-560 c har en radie som är ca 2,37 gånger större än jordens radie, en massa som är ca 9,7 gånger större än jordens, ett medelavstånd till omloppsbanan på ca 0,124 AU och en omloppstid på ca 18,88 dagar. Exoplanetens uppskattade densitet är cirka 4,004 g/cm3, och medeltemperaturen uppskattas till 225°C.

TOI-560c Resultat och analys

1. Analys av uppgifter
Syftet med analysen är att bestämma exoplaneten TOI-560 c:s radie, dess omloppstid, avstånd från dess stjärna och dess densitet. Beräkningsmetoderna beskrivs i följande avsnitt.
3.1. Radien på TOI-560 c
För att bestämma planetens radie var det nödvändigt att känna till transitdjupet (dvs. den procentuella minskningen av ljusstyrkan hos stjärnan TOI-560 när planeten TOI-560 c befann sig mellan observatören och dess stjärna). I våra beräkningar uppskattades detta till 0,2%.

Därefter fortsätter analysen med formeln:

(1.1)

R står för radie, p står för exoplaneten (TOI-560 c) och s står för dess stjärna (TOI-560).

Följande är en modifiering av formeln för beräkning av radien:

(1.2)

De kända värdena sätts in i formeln (3.2.):

Beräkningar av radie följer.

 

 

 

 
(1.3)

Figur 2: Ljuskurva för transitering av TOI-560 c [[1]]

På grund av den oprecisa uppskattningen av det procentuella transitdjupet blev vårt resultat dock något högre än det faktiskt var på grund av den oprecisa uppskattningen av det procentuella transitdjupet. Med hänvisning till de värden som erhölls i Allesfitter-programmet justerade vi vårt resultat till REarth, och detta värde används som grund för ytterligare beräkningar.

3.2. Omloppstid

Vid beräkningen av omloppstiden var det nödvändigt att känna till gravitationskonstanten (G) och solens massa (MS).

Vi hittade båda värdena på webbplatsen Hack an Exoplanet[[1]]. De värden vi arbetade med är följande:

(1.4)

 

 
(1.5)

Från de värden som erhölls från Allesfitter-programmet bestämdes omloppstiden för TOI-560 c (18,8797 dagar). För vidare beräkningar omvandlas detta värde till sekunder (1631206,082 s).

Dessa värden användes sedan i formeln

(1.6)

där d representerar banavståndet.

Arbetet med formeln fortskred enligt följande:

(1.7)

 

(1.8)

 

(1.9)

Figur 3: Modell av TOI-560 c:s bana runt stjärnan TOI-560 (den blå punkten i den gula rektangeln representerar TOI-560 c) [[1]]

(1.10)

Av beräkningarna framgår ett resultat på 0,124 AU, vilket är ett kortare avstånd jämfört med jordens avstånd från solen (1 AU). Jämförelsen av värdena för TOI-560 c med värdena för planeter i solsystemet kommer att behandlas i en senare del av studien. Här är det lämpligt att nämna att baserat på omloppstiden och avståndet från värdstjärnan kan man dra slutsatsen att TOI-560 c är mycket nära sin stjärna och inte befinner sig inom den beboeliga zonen (Figur 3).
3.3. Temperatur
Medeltemperaturen på TOI-560 c fastställdes utifrån tillgängliga data från CHEOPS-teleskopet, som tillhandahålls på webbplatsen Hack an Exoplanet [[2]]. Medeltemperaturen på TOI-560 c är ungefär 225°C. Detta är betydligt högre än temperaturen på nästan alla planeter i solsystemet, med möjligt undantag för Venus, där medeltemperaturen når värden runt 565°C. Temperaturen på TOI-560 c ligger nära temperaturen på Merkurius, där medeltemperaturen når upp till 167°C. En sådan temperatur är ogästvänlig för liv liknande det på jorden, eftersom medeltemperaturen på jorden ligger runt 17°C. Dessutom överstiger den temperatur som vi har fastställt för TOI-560 c vattnets kokpunkt (125°C). En avgörande faktor är det atmosfäriska trycket. Ett ämnes kokpunkt beror inte bara på dess temperatur utan även på det tryck som ämnet utsätts för. På jorden, vid havsnivå, är det atmosfäriska trycket ungefär 1 atmosfär, vilket gör att vatten kan koka vid 100°C. På TOI-560 c är dock de atmosfäriska förhållandena och sammansättningen väsentligt annorlunda. Om atmosfärstrycket är betydligt högre än på jorden skulle vatten behöva en högre temperatur för att nå sin kokpunkt. Kokpunkten för ett ämne är den temperatur vid vilken dess ångtryck är lika med det yttre tryck som verkar på ämnet. Om det yttre trycket är högre, vilket kan vara fallet på TOI-560 c, skulle vattnets kokpunkt vara motsvarande högre.

Detta utgör en betydande utmaning för uppkomsten av liv som liknar det på jorden.

Denna slutsats är dock inte helt definitiv eller avgörande. Trots de ogästvänliga förhållandena på planetens yta finns det en möjlighet att flytande vatten existerar i form av underjordiska oceaner eller djupa reservoarer. Den höga densiteten (se 3.4. Densitet) hos TOI-560 c skulle kunna tyda på att det finns en betydande mängd vatten inlåst under dess steniga yta.

 

Figur 4: Data (temperatur) från webbplatsen Hack an exoplanet [1].

3.4. Densitet
För att beräkna planetens densitet var det nödvändigt att bestämma dess volym. Volymen beräknas med hjälp av formeln

(1.11)

där RP representerar radien för TOI-560 c.

Vi multiplicerade RP = 2,37 med REarth = 6378 km för att omvandla det till basenheter. Från detta fick vi värdet på Rp.

(1.12)

Vi sätter in detta värde i den tidigare nämnda formeln (3.11),

(1.13)

 

Formeln såg då ut på följande sätt:

(1.14)

Volymvärdet ersattes sedan i formeln för beräkning av densiteten,

(1.15)

där 𝜌 representerar densiteten, M representerar massan, V representerar volymen och p representerar exoplaneten (TOI-560 c).

Beräkningen utfördes enligt (3.14) på följande sätt:

(1.16)

 

(1.17)

1.1. Resultat
Tabell 1. Resultat av undersökningen: Resultat av undersökningen

Namn
TOI-560 c

Radie
2,378 REarth

Avstånd till omloppsbana
0,124 AU

Omloppstid
18,8797 dagar

Densitet
4,004 g/cm3

Genomsnittlig temperatur
225 grader Celsius

 

 

 

 

 

 

 

 

Baserat på den information som finns om exoplaneten TOI-560 c kan man föreslå hypoteser om dess utseende och potentiella beboelighet.

 

Hypotes 1: Med en medeltemperatur på 225 grader Celsius är det troligt att TOI-560 c har en fientlig miljö med extrem hetta. De höga temperaturerna tyder på att det inte finns någon jordliknande atmosfär som kan upprätthålla liv som vi känner det. Istället kan den ha en övervägande tjock och tät atmosfär som består av växthusgaser, vilket leder till en betydande växthuseffekt. Detta skulle kunna leda till en skenande växthuseffekt, vilket skulle få yttemperaturerna att stiga till obeboeliga nivåer.
Hypotes 2: Densiteten hos TOI-560 c, uppskattad till 4,004 g/cm3, tyder på en hög koncentration av tunga element eller stenmaterial. Det är möjligt att exoplaneten har en stenig sammansättning som liknar de terrestra planeterna i vårt solsystem. Ytan kan kännetecknas av kuperad terräng, steniga formationer och potentiellt aktiva geologiska processer. De extrema temperaturerna gör det dock osannolikt att det finns flytande vatten på planetens yta.
Hypotes 3: Trots de ogästvänliga förhållandena på planetens yta finns det en möjlighet att flytande vatten existerar i form av underjordiska oceaner eller djupa reservoarer. Den höga densiteten hos TOI-560 c skulle kunna tyda på att det finns en betydande mängd vatten inlåst under den steniga ytan. Det är tänkbart att dessa underjordiska oceaner, om vissa villkor är uppfyllda, såsom geotermisk aktivitet och isolering, skulle kunna utgöra en potentiell livsmiljö för mikrobiella livsformer som är anpassade till extrema miljöer. Dessa organismer skulle kunna trivas i miljöer som liknar jordens djuphavshydrotermiska skorstenar eller underjordiska livsmiljöer.

[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 Slutsatser

På grundval av de uppgifter som lämnats kan följande slutsatser dras:

Exoplaneten TOI-560 c har en radie som är 2,378 gånger större än jordens radie (REarth). Detta tyder på att TOI-560 c är större i storlek jämfört med jorden. Det är också anledningen till att TOI-560 c ibland kallas för en "superjord". TOI-560 c:s radie är dock mycket närmare Neptunus radie (3,88 REarth). Det är också därför vi inte har något emot beteckningen "Mini-Neptunus" i vår studiegrupp.
TOI-560 c befinner sig på ett genomsnittligt avstånd av 124 astronomiska enheter (AU) från sin värdstjärna. Detta indikerar att den kretsar relativt nära sin stjärna inom det planetariska systemet. Som referens har TOI-560 c ett liknande omloppsavstånd som Merkurius (0,39 AE) eller Venus (0,72 AE). Därför kan vi med säkerhet säga att den inte befinner sig i den beboeliga zonen, med tanke på båda egenskaperna hos dess värdstjärna.
Densitet: Med en densitet på 004 (g/cm3) har TOI-560 c en relativt hög densitet. Detta tyder på att exoplaneten sannolikt består av täta material, eventuellt inklusive tunga element.
Genomsnittlig temperatur: Medeltemperaturen på TOI-560 c är ca 225 °C. Denna temperatur är betydligt högre än medeltemperaturen på jorden.

 

Baserat på de tillhandahållna uppgifterna tillhandahölls värdena för radie, volym, densitet, temperatur, orbitalavstånd och period för exoplaneten TOI-560 c. Det verkar vara en fientlig miljö med extrema temperaturer och en ogästvänlig yta. Förekomsten av underjordiska vattenreservoarer eller oceaner kan dock inte uteslutas helt, vilket skulle kunna utgöra en nisch för extremofila livsformer. Ytterligare vetenskapliga undersökningar, inklusive observationer och mätningar, skulle vara nödvändiga för att validera dessa hypoteser och fastställa hur beboelig TOI-560 c faktiskt är.

Alla projekt