Physik  |  Technik

 

Nikola Knežević, 2007 | Aarburg, AG

 

TOI 7265.01 ist ein Exoplanetenkandidat, der einen kleinen, kühlen M-Stern umkreist (3392 K, 0.488 Sonnenradien, 0.486 Sonnenmassen). In dieser Arbeit wird er mit der Transitmethode untersucht, bei der periodische Helligkeitseinbrüche des Sterns gemessen werden. Als Datengrundlage dienen Messungen des Saint-Ex-Observatoriums in Mexiko (534 Datenpunkte), des TESS-Weltraumteleskops (11766 Datenpunkte) und des Lyceum 130 Observatoriums in Nowosibirsk (62 Datenpunkte). Die drei Datensätze wurden in einem gemeinsamen Transit-Fit simultan ausgewertet. Die konsistenten Ergebnisse sprechen stark dafür, dass es sich um einen echten Gasriesen vom Typ Warm Jupiter handelt.

Fragestellung

Im Zentrum der Arbeit stehen die folgenden Leitfragen:
• Wie kann ein Exoplanetkandidat anhand von Daten des Saint-Ex-Observatoriums mithilfe selbst entwickelter Computerprogramme identifiziert und analysiert werden?
• Welche physikalischen Parameter des TOIs lassen sich bestimmen?
• Handelt es sich bei dem gewählten TOI um einen echten Exoplaneten oder um ein falschpositives Signal?

Methodik

Aus der ExoFOP-Datenbank wurde TOI 7265.01 nach den Kriterien kleiner M-Stern, grosser Planetenkandidat und fehlende Vorbeobachtung ausgewählt. Die Beobachtung erfolgte am 2. Juli 2025 durch das Saint-Ex-Observatorium, dass 534 Einzelaufnahmen lieferte. Die Rohdaten wurden mit AstroImageJ durch Bias-, Dark- und Flat-Frame-Kalibrierung bereinigt und durch Differenzialphotometrie eine Lichtkurve erstellt. Die Transitparameterbestimmung erfolgte mit einem selbst entwickelten Python-Skript unter Verwendung von BATMAN und Emcee, basierend auf dem MCMC-Verfahren mit 100 Walkern und 20000 Schritten. Reparametrisierungen nach Espinoza (2018) und Kipping (2013) gewährleisten eine effiziente Abtastung des Parameterraums. Ergänzend wurde ein Joint-Fit-Modell durchgeführt, das die Lichtkurven aller drei Instrumente simultan mit einem 19-dimensionalen Parametervektor modelliert.

Ergebnisse

Der Transit von TOI 7265.01 wurde in allen drei unabhängigen Datensätzen eindeutig detektiert. Die gemessene Transittiefe beträgt rund 39 ppt (parts per thousand), was einem Planetenradius von 10.52 +/- 0.25 Erdradien beziehungsweise 0.938 +/- 0.023 Jupiterradien entspricht. Die Umlaufperiode wurde zu 4.1723 +/- 0.0001 Tagen bestimmt. Die drei instrumentenspezifischen Radiusverhältnisse betragen 0.201 +/- 0.006 (SaintEX), 0.199 +/- 0.008 (LHO) und 0.180 +/- 0.004 (TESS) und stimmen innerhalb der Unsicherheiten überein. Der leicht kleinere TESS-Wert ist auf Flussverdünnung durch hellere Nachbarsterne in der groben TESS-Pixelskala zurückzuführen, was die Bodenbeobachtungen räumlich auflösen konnten. Die Gleichgewichtstemperatur des Planeten liegt bei 565 +/- 6 K, der Impact-Parameter bei 0.30 +/- 0.10 und die Sterndichte bei 5.89 +/- 0.47 g/cm3. Aus der Masse-Radius-Relation nach Chen und Kipping (2017) ergibt sich eine geschätzte Masse von 0.5 bis 1.5 Jupitermassen. Die reduzierten Chi-Quadrat-Werte liegen für alle Instrumente nahe 1, was eine gute Modellanpassung bestätigt. Die statistische Validierung mittels TRICERATOPS ergab ein hohes FPP von 0.987, das ausschliesslich auf die extreme Flussverdünnung in der TESS-Apertur zurückzuführen ist, in welcher der Zielstern lediglich 4.3 Prozent des Gesamtflusses beiträgt.

Diskussion

Die Übereinstimmung der Parameter über drei unabhängige Instrumente schliesst systematische Fehlerquellen weitgehend aus. Das Scheitern der TRICERATOPS-Validierung ist kein Hinweis auf ein falschpositives Signal, sondern demonstriert die Grenzen TESS-basierter Werkzeuge bei Zielen in dicht besiedelten Sternfeldern. Die NEB-Analyse konnte 126 von 271 Nachbarsternen als Kontaminationsquellen ausschliessen. Die Massenabschätzung bleibt eine Näherung, da keine Radialgeschwindigkeitsmessungen vorliegen. Radialgeschwindigkeitsmessungen würden die Charakterisierung vervollständigen.

Schlussfolgerungen

In dieser Arbeit wurde zum ersten Mal die Transitnatur von TOI 7265.01 durch unabhängige bodengebundene photometrische Beobachtungen bestätigt. TOI 7265.01 ist mit hoher Wahrscheinlichkeit ein echter Exoplanet vom Typ Warm Jupiter, der einen kleinen, kühlen M-Stern umkreist. Gasriesen um M-Sterne gehören mit einer Vorkommenshäufigkeit von unter einem Prozent zu den seltensten Planetentypen in der Galaxis und stellen die gängigen Planetenentstehungsmodelle vor grosse Herausforderungen. Auf Basis dieser Ergebnisse wird in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Brice-Olivier Demory und Francis Zong Lang (Universität Bern) ein wissenschaftliches Paper verfasst, das TOI 7265.01 offiziell in der Forschungsgemeinschaft etablieren soll.

 

 

Würdigung durch den Experten

Erik Meier Valdes

Herr Nikola Kneževićs Arbeit handelt von der Entdeckung und Charakterisierung des Exoplanetenkandidat TOI-7265.01 durch photometrische Beobachtungen, die mit Weltraum- und bodengebundenen Teleskopen durchgeführt wurden und erstmals die Natur des Exoplaneten bestätigen. Nikola zeigte kritisches Denken sowie ein strukturiertes und wissenschaftliches Vorgehen. Die Arbeit entspricht den Standards publizierter Artikel in wissenschaftlichen Journalen und wird daher in Zusammenarbeit mit Forschenden der Universität Bern zur Publikation weiterentwickelt.

Prädikat:

Gold

Sonderpreis «European Space Camp (ESC)» gestiftet von der Metrohm Stiftung

 

 

 

Kantonsschule Zofingen
Lehrer: Michael Franck