RT info:eu-repo/semantics/masterThesis
T1 Discovering and validating exoplanets from TESS using archival radial velocities
A1 Orell Miquel, Jaume
A2 Máster Universitario en Astrofísica
AB La exoplanetolog´ıa es a d´ıa de hoy una rama consolidada de la astrof´ısica con m´as de 4 000 exoplanetas descubiertos. Por eso, pr´oximas misiones como CHEOPS se centrar´an en observar planetasya descubiertos, mejorando el conocimiento que tenemos sobre ellos. Pero por otra parte, hay quedeterminar cu´ales son los mejores candidatos para futuros estudios, especialmente para el estudiode sus atm´osferas. Aqu´ı es donde entra en juego Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS).TESS es un telescopio espacial que desde abril de 2018 orbita la Tierra y tiene como misi´on observar todo el cielo durante dos a˜nos, distribuido en sectores y cada uno durante 27 d´ıas. Tiene comoobjetivo detectar planetas alrededor de las estrellas m´as brillantes y cercanas que son las id´oneaspara futuras observaciones, ya sean fotom´etricas o espectrosc´opicas, desde tierra o el espacio, paracaracterizar en detalle sus propiedades e incluso sus atm´osferas.El m´etodo de detecci´on que utiliza el telescopio espacial TESS es el de tr´ansito. Cuando elplaneta pasa enfrente de la estrella, el brillo que se recibe disminuye levemente, produciendo untr´ansito o eclipse. Cuando se registra la evoluci´on del brillo de la estrella con el tiempo, lo quese denomina curva de luz, permite detectar estos tr´ansitos que se repiten de forma peri´odica. Apartir de la curva de luz no solo se puede extraer el periodo de rotaci´on del planeta sino que atrav´es de la profundidad del tr´ansito, y conociendo el radio de la estrella, se puede determinarcon gran precisi´on el radio del planeta (Ec. 1). Este m´etodo no permite la determinaci´on de lamasa del planeta, para ello se utiliza conjuntamente el m´etodo de velocidades radiales. Este se ´basa en medir por efecto Doppler el movimiento en la l´ınea de visi´on que produce el planeta sobrela estrella. Las oscilaciones en los valores de velocidad radial (RV) se pueden ajustar a modelosplanetarios y as´ı obtener la semi-amplitud K de la se˜nal que permite calcular una cota m´ınima ala masa (Ec. 5). S´olo si se dispone de medidas fotom´etricas, se puede conocer la inclinaci´on de laorbita y as´ı conocer el valor exacto de la masa del planeta. Si se conoce la masa y el radio y porende su densidad permite saber si es rocoso o gaseoso y aumentar el conocimiento sobre el nuevoplaneta. En este trabajo se han combinado los datos fotom´etricos de TESS con medidas de RV dearchivo.El paso previo al flujo de trabajo que realic´e en cada sector de TESS fue la recopilaci´on demedidas de velocidades radiales. As´ı, pude crear una base de datos de unas 290 000 observacionesde casi cinco mil estrellas observadas con HARPS, HIRES o HARPS-N, espectr´ografos de altaresoluci´on y estabilidad. Entonces busqu´e en qu´e sectores estas estrellas ser´ıan observadas porTESS y as´ı, para cada sector, conocer cu´ales eran los posibles candidatos a albergar exoplanetas.El flujo de trabajo para analizar cada sector fue el mismo. Unos d´ıas antes de la publicaci´onde los datos fotom´etricos hago un periodograma generalizado de Lomb-Scargle (GLS) de las RVde las estrellas que se observaran. As´ı se ve si hay periodicidades en los datos que puedan serdebidas a un exoplaneta que orbita la estrella. Este an´alisis permite hacer una primera criba delas estrellas que ya tienen planetas descubiertos y donde por tanto no ser´ıa raro encontrar tr´ansitosen sus curvas de luz.Una vez est´an disponibles los datos del sector, obtengo las curvas de luz mediante la herramientaTESScut utilizando el c´odigo de Python tesseract. Estas se analizan con el algoritmo ´ TransitLeast Squares (TLS) en busca de tr´ansitos. En unos minutos se pueden revisar visualmente losresultados de todas las estrellas analizadas con TLS para ver si alguna tiene eclipses. El problemaes que todo este proceso se aplica de forma generalizada y puede ser que alguna pase inadvertida yno se detecte. Por esto, despu´es de cada sector compruebo la lista de objetos de inter´es de TESS o TOIs. Uno de los equipos de TESS del MIT se encarga de buscar tr´ansitos en todas las estrellasdel sector y alerta de las que encuentra que tienen eventos similares a los de tr´ansitos planetarios.Si se da que para alguna de las estrellas que tengo velocidades radiales se encuentran tr´ansitos,entonces realizo un an´alisis m´as en detalle de sus datos utilizando la librer´ıa de Python juliet.juliet permite hacer ajustes de fotometr´ıa, RV o ambos a la vez de modelos planetarios. Adem´as,calcula la evidencia bayesiana del modelo que permite una comparaci´on entre los modelos explorados.En los sectores analizados en este trabajo, que fueron del 17 al 23, TESS encontr´o 356 nuevoscandidatos de los cuales s´olo de 3 dispon´ıa de velocidades radiales en los archivos. Los detalles deln´umero de estrellas analizadas se muestran en la Tabla 2. As´ı, los resultados que se presentan enel trabajo son el estudio y caracterizaci´on de los candidatos a planetas TOI 1718, 1827 y 1611.TOI 1718 es una estrella que se observ´o durante el Sector 20 y de la que se alertaron tr´ansitoscon un per´ıodo de 5.58 d´ıas y que corresponder´ıan a un planeta con un radio de „4RC. La estrellaestaba en la base de datos porque HIRES la observ´o 3 veces, pero la cantidad de medidas es insuficiente para calcular bien el GLS. Busqu´e m´as medidas en otros archivos pero no obtuve resultados´utilies. Por esto propuse observarla con HARPS-N pero las condiciones meteorol´ogicas adversas loimpidieron. Sin m´as medidas que la fotometr´ıa de TESS no se puede confirmar el descubrimientode este planeta, aunque por la consistencia de la profundidad de los tr´ansitos y la forma de ´estosno da indicios de que sea un falso positivo. El resultado del an´alisis de la curva de luz con juliet,mostrado en Fig. 3, sugiere la presencia de un planeta alrededor de TOI 1718 con un radio de4.04`0.09´0.07RC.TOI 1827 es una enana roja que se observ´o durante el Sector 23 y se detectaron tr´ansitoscada 1.46 d´ıas correspondientes a un planeta de 1.3RC. En este caso dispongo de 12 medidasde HARPS y 62 de HIRES, cuyo an´alisis no muestra ninguna se˜nal significativa en el GLS. Elan´alisis conjunto de RV y fotometr´ıa permite obtener par´ametros fotom´etricos consistentes con losalertados, y con menores errores, pero debido a la precisi´on de las RVs las incertidumbres en lamasa del planeta son mayores. El ajuste con juliet confirma la presencia de una super-Tierrade 1.39`0.06´0.05RC y 1.2˘0.4MC. Con observaciones no p´ublicas del espectr´ografo CARMENES se haobtenido de forma independiente un valor para K mayor al l´ımite superior que obtengo.TOI 1611 es el principal resultado de este trabajo. Fue observada durante los Sectores 18, 19y 20 y se alert´o de un candidato con un periodo de 16.2 d´ıas y un radio de 2.5RC. Originalmentesolo dispon´ıa de 6 RV de HIRES pero debido a la colaboraci´on con otro grupo de investigaci´on,que tambi´en report´o su descubrimiento, al final obtuve 67 medidas tomadas con el espectr´ografoSOPHIE. Los GLS de las RVs muestran un pico a 16.2 d´ıas confirmando la presencia del planeta.A parte, presentan varios picos significativos a 27, 32 y 35 d´ıas para los que despu´es de un largoan´alisis no pude determinar con certeza su naturaleza. Los par´ametros del planeta se extrajerondel an´alisis conjunto de las RV y fotometr´ıa con juliet utilizando un modelo de 1 planeta ycon procesos gaussianos (GP) para explicar las sistem´aticas en las RVs. As´ı se pudo confirmar ycaracterizar el planeta determinando una masa de 19˘4MC y un radio de 2.13`0.09´0.07RC. TOI 1611bes un planeta sub-neptuniano rocoso con una composici´on similar al de la Tierra, seg´un se extraede Fig. 15. Los resultados del an´alisis de este planeta formar´an parte de un art´ıculo cient´ıfico enla revista Astronomy & Astrophysics del que participo como segundo autor.
YR 2021
FD 2021
LK http://riull.ull.es/xmlui/handle/915/23472
UL http://riull.ull.es/xmlui/handle/915/23472
LA en
DS Repositorio institucional de la Universidad de La Laguna
RD 19-abr-2024