Pozorovatelnost exoplanet v městských podmínkách

Bc. Marko Mesarč

Bachelor's thesis

Observability of exoplanets in the city environment

Abstract:

Cieľom tejto práce je určiť, za akých podmienok sme schopní detekovať planéty mimo Slnečnej sústavy – exoplanéty – v mestských podmienkach Brna. Najefektívnejším spôsobom je do fotometrických dát, nameraných v Brne, umelo vložiť tranzit a následne pomocou programov určiť detekovateľnosť exoplanéty. Pre túto simuláciu boli vybrané exoplanéty s relatívnou hĺbkou tranzitu o veľkosti 2%, 1% a 0,57%. Detekovateľný tranzit môže byť ovplyvnený jasnosťou hviezdy, farbou hviezdy v závislosti na meniacej sa výške nad obzorom a gradientom osvetlenia čipu spôsobený Mesiacom či svetelným znečistením. A práve závislosť na jasnosti, farbe a vzdialenosti hviezd overia magnitúdový, farebný a vzdialenostný test počas troch rozdielných nocí. Pre CCD fotometriu bola zvolená otvorená hviezdokopa M34, kvôli rôznorodosti hviezd, ich ideálnej vzájomnej vzdialenosti a vysokou kulmináciou v čase pozorovania. Meranie prebiehalo pomocou teleskopu o priemere 0,6 metra na Observatóriu Masarykovej Univerzity pri 20 sekundovej expozícii v R filtry. Zistili sme, že exoplanéta s relatívnou hĺbkou tranzitu 2% bude detekovateľná pri všetkých zvolených hviezdach (9 mag – 13,6 mag) počas každej z nocí. Exoplanéta s relatívnou hĺbkou tranzitu 1% má najširší tranzit zo zvolených exoplanét (0,11 dňa), ktorý spôsobil to, že bola ťažšie detekovateľná najmä počas nocí so zvýšeným rozptylom v dátach spôsobený oblačnosťou. Posledná z exoplanét s relatívnou hĺbkou tranzitu 0,57% bola najlepšie detekovateľná počas noci 3, kvôli najlepším pozorovacím podmienkam. Zo získaných výsledkov môžeme usúdiť, že detekovateľnosť tranzitu najviac ovplyvňuje pomer signál/šum, závisiaci od seeingu, a pozorovacie podmienky, najmä stálosť rýchlosti vetra a stabilita tlaku.

Abstract:

The main goal of this thesis is to determine the observable conditions under which we are able to detect planets outside of our Solar System – exoplanets – in the city environment of Brno. The most effective method is to inject an artificially generated transit to the photometric data, obtained in Brno, and then analyse detectability of the exoplanet by proper software. The exoplanets with relative transit depth of 2%, 1% and 0,57% were selected for this simulation. Detectability of the transit can be affected by the brightness of the star, the colour of the star depending on the changing altitude and the gradient of the chip's illumination caused by the Moon or by light pollution. Thus, dependence on the brightness, colour and distance of the stars is tested by a magnitude, colour and distance test during 3 different nights. The open star cluster M34 was chosen for photometry measurements, due to the diversity of the stars, their suitable distance from each other, and high culmination during the observations. Measurements took place at the Masaryk Universty Observatory by using telescope of diameter 0.6 metre and exposure time of 20 seconds in the R filter. Our analysis shows that an exoplanet with a relative transit depth of 2% is detectable at all the selected stars (9 mag – 13.6 mag) during each of the three nights. An exoplanet with a relative transit depth of 1% has the widest transit of the selected exoplanets (0.11 days), which made it more difficult to detect, especially during nights with increased scatter in the data caused by clouds. The last of the exoplanets with a relative transit depth of 0.57% was best detectable during night 3, due to the best observation conditions. From the obtained results, we can assume that the detectability of transit is most affected by the signal-to-noise ratio, which depends on seeing and observation conditions, especially constancy of wind speed and atmospheric pressure.

Keywords

CCD fotometrie, exoplanety, otevřená hvězdokupa, M34, pozorovací podmínky, CCD photometry, exoplanets, open star cluster, observing conditions

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 8. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 10. 9. 2020
• Supervisor: Mgr. Marek Skarka, Ph.D.
• Reader: Bc. Petr Kabáth, Dr. rer. nat.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Physics / Astrophysics