F7514 Exoplanety 5-Exoplanetární tranzity Marek Skarka 75.5% Transit V 19.4% Radial Velocity V • 2.6% Microlensing V 1.2% Imaging 0.48% Transit Timing Variations, 0.35% Eclipse Timing Variations, 0.2% Orbital Brightness Modulation, 0.15% Pulsar Timing, 0.04% Pulsation Timing Variations, 0.02% Disk Kinematics, 0.02% Astrometry Detections Per Year 21 Oct 2021 exoplanetarchive.ipoc.caltech.edu Radial Velocity Transits Microlensing Imaging Timing Variations Orbital Brightness Modulation Astrometry Disk Kinematics ■■III i oio^(Nn^in(Di^a)cr)0^c\in^iniDr^oooio^rNn^inu3i^ooa)0'- OOUIDUIDIDIDOKIlOlOlOOOOOOOOOO'-'-'-'-'-'-'-'-'-'-NN 0)0)01010)0101010)0)0)0000000000000000000000 ^T-^^T-,-,-^^^.^CNC\ICNCNC\|CNC\|CNCNC\ICNCNC\l 4-» Ol cc 1.000 0.999 0.998 0.997 0.996 0.995 0.25 |im 1 ^^^^^ ''■ / 0.375jirn \ / .^'0.625 |im"'v~f 1.00 u. m i i i i i i i i ....... -2-10 1 Time from inferior conjunction (h) Tvar tranzitu - další informace Další planety v systému (a) 1.002 gj 1.000 0.998 0.996 0.994 0.992 ™ 0.001 -a •Cň 0.000 OJ ^ -0.001 planet-planet eclipse — (b) 211.2 mutual transit geometry Kepler-89 211.4 211.6 BJD - 2455000 (d) 211.8 Kepler-89 d = KOI 94.01 Kepler-89 e = KO! 94.03 1.00 co co CD c H—1 -C D) "C X] CD > CD CC 0.99 0.98 0.97 Trappist-1, VLT 1111 f 111111111111111 m 11 j 111111111 j 11 n 'i 1111 j 111111111 j 111111111 j 111 _q r 11 December 2015 i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i 12:58 13:26 13:55 Time 14:24 14:53 Tvar tranzitu - další informace Exoměsíce? m li li kul íuhwĚ 36 -30 -24 -18 -12 -6 0 +6 +12 +18 +24 +30 +36 time from inferior conjunction [hours] 40H.0 408.-1 469.0 400.5 470.0 470.5 1042.5 1043.0 1IH3.5 HM4.0 1044.5 1045.0 1045.5 13:10.0 1330.5 1331.0 1331.5 1332.0 1332.5 epoch +7 (HST) quadratic epoch +7 {HST} exponential BJD - 2,455,400 Teachey, Kipping, Schmitt 2018, AJ, 155, 36 Tvar tranzitu - další inforr Gansicke et al. 2016, ApJL, 818, 7 Rozpadající se planeta okolo bílého trpaslíka? E - -400 -300 -200 Degrees -100 0 100 200 300 2015-11-39' 2015-11-30■ 2015-12-05■ 2015-12-06 i 2015-12-07 ' 2015-12-09■ 2015-12-10■ 1 2. 3 a4 1 b3 c3 r/v-sr* b4 c4 1 2 3 ß VyvyTif-ST* Vi 2015-12-11 i 2015-12-15 = 2015-12-17 - 2015-12-22 ■ 2015-12-23 i eo i < e5 1 2 34 5 6 7^_ b5 c5B 9 e6 , 1 «k ort.!******? 6 , e7 1 2 3 o5 4 b6 1 eB 2 3 4 a6 5 2015-12-24 1 «Mac*« 2015-12-25 I e9 a7 b8 - W^. -0.5 0.5 Phase 1.00 x 13 -a O) Ť5 0.98 E 0.96 0 x D <^ ■a aj E 1.00 0.99 - 0.98 Tvar tranzitu - další informace 3 4 I I KIC-8462852 (Boyajian's star) Boyajian et al. 2016, MNRAS, 457, 3988 I I I I J, I Exokomety? Umělé struktury? 500 Time (BJD - 2454833) 1000 1500 ; diplO 1500 1520 1540 1560 1580 1530 1535 1540 1545 1550 1566 1568 Time (BJD - 2454833) Tvar tranzitu - další informace Rychlost rotace hvězdy, vzájemný sklon dráhy planety a rotační osy hvězdy Rossiter-McLaughlinův efekt (z křivky radiálních rychlostí) -2 -1 0 1 2 3 -2 -1 0 1 2 3 4 -2 -1 0 1 2 -1 0 1 2 3 4 5 Time (hr) Time (hr) Time (hr) Time (hr) Falešné detekce Grazing stellar binaries Transiting red/brown dwarfs Exoplaneta musí být potvrzena s pomocí jiné nezávislé metody Velká velikost pixelu na detektoru - možnost blendu s objektem v pozadí => pozorování s větším rozlišením Velké planety jsou velikostně srovnatelné s hnědými trpaslíky a nejmenšími hvězdami => odhad hmotnosti přes RVs "Grazing" objekty produkující tranzitu podobné křivky => odhad hmotnosti přes RVs Blended stellar binaries Planets Falešné detekce Tmag: 10.97 R*: 0.90 Rs Teff: 6362.5 K Logg: 4.59 M/H:-0.200 Rho: 1.585 Phase 0.25 1365 1370 Time [B J D - 2457000] 0.375 0.5 0.625 Sec Depth: 302.8 [180.5] ppm 10 Sec Phase: 1.254 Days Sec MES: 2.4 MES: 32.2 Transits: 6 SNR: 47.5 Depth: 4851.5 [104.1] ppm r ■5 v/^y^-/^^^^-^v^^^o>^v-'- I -4 10 3 Depth-sig: 31.0% [1.02 sigma] Difference Image Out of Transit Centroid Offsets DV Fit Results: DV Diagnostic Results: Odd ' ■ ■ W' ' ' ' w. 9725627, it) 973 Period - 4.15701 [0.00034] d ShortPeriod-sig: N/A Epoch = 1356.9623 [0.0010] BT J D LongPeriod-sig: N/A Rp/R" - 0.0652 [0.0019] ModelChiSquare2-sig: 89.7% a/R* - 8.49 [1.45] ModelChiSquareGof-sig: 100.0% b = 0.14 [1.19] Bootstrap-pfa: 7.67e-60 GhostDiagnostic-chr: 4.826 Seff = 421.38 [118.75] Teq = 1156 [81] K Rp = 6.37 [1.24] Re a = 0.0528 [0.0094] AU Rho = 0.476 [0.243] RA Offset (arcsec) OotOffset-rm: 1.010 arcsec [0.40 sigma] TicOffset-rm: 1.235 arcsec [0.49 sigma] OotOffset-tot: 1 TicOff set-tot: 1 Ag = 11.45 [7.55] [1.38 sigma] DiRlmageQuality-fgm: 1.00 [1/1] Tp = 3286 [494] K [4.26 sigma] DifflmageOverlap-ino: 1.00 [1/1] Software Revision: spoc-3.3.37-20181001 Date Generated: 04-Oct-2018 15:06:05 Z This Data Validation Report Summary was produced in the TESS Science Processing Operations Center Pipeline at NASA Ames Research Center Exoplaneta musí být potvrzena s pomocí jiné nezávislé metody Velká velikost pixelu na detektoru - možnost blendu s objektem v pozadí => pozorování s větším rozlišením Velké planety jsou velikostně srovnatelné s hnědými trpaslíky a nejmenšími hvězdami => odhad hmotnosti přes RVs "Grazing" objekty produkující tranzitu podobné křivky => odhad hmotnosti přes RVs Čistě fotometrie může napovědět srovnáním sudých a lichých tranzitů, velmi malá hloubka sekundárního tranzitu, periodová analýza s použitím různých metod Falešné detekce Falešné detekce Lightcurve for TIC 269696438 (TESS Sec. 14) * 2800 4 Ays 1 puffin 280 276 J 274 $3 1695 1700 77me • 2457000 (days) Lightcurve for TIC 269696438 (TESS Sec. 14) Pixel data (Camera 3.2) 4 2066 2068 2070 2072 2074 2076 Pixel Column Number Li 0P © O O Pixel data (Camera 3.2) e/s 100 5500 4 J 100 1695 1700 Time - 2457000 (days) 2066 2068 2070 2072 2074 2076 Pixel Column Number * P. 0P © O O Li i BP i © i o O Skyview for TESS 269696438 Sector 14, Camera 3.2 2066 2068 2070 2072 2074 Pixel Column Number BLEND :-( Lightcurve for TIC 288317543 (TESS Sec. 14) Falešné detekce 1695 1700 Time - 2457000 (days) Lightcurve for TIC 288317543 (TESS Sec. 14) 5660 -f 5655 -5650 ^ 5645 U. 5640 5635 -5630 ä 1196 Pixel data (Camera 3.3) 704 706 708 710 712 Pixel Column Number Pixel data (Camera 3.3) 1 1695 1700 Time - 2457000 (days) Lightcurve for TIC 288317543 (TESS Sec. 14) 1690 1695 1700 Time - 2457000 (days) 704 706 708 710 712 Pixel Column Number Pixel data (Camera 3.3) Ě m 706 708 710 712 Pixel Column Number Skyview for TESS 288317543 Sector 14, Camera 3.3 Kabáth et al. 2020, PASP, 132, 5002 TTT Gemini/NIRI Keck/NIRC2 -2-10 1 2 Aa [arcsec] -2-10 1 2 Aa [arcsec] TOI-503 orbital solution > i FIES ♦ Ondrejov i PARAS $ TRES t Tauntenburg Šubjaketal. 2020, AJ, 159, 151 Falešné detekce 0 6 0.4 0.2 0.0 G.6 0.4 0.2 0.0 0.6 0.4 f 0.2 ■ 0.0 0.6 0.4 0.2 0.0 0.6 0.4 \ 0 2 0 0.6 0.4 0 0.2 0.0 [p^ 0.6 0.4 0.2 0.0 0.6 0.4 0.6 0.4 0.2 0.0 0.6 0.4 /^ý^ . ^ ea 2)w~. A /A. a,/^... . aAvVA~|A'*.a,a. RV - Planet b FAP=0.1 % 1 log RHK FAP=0.1 % Differential line width FAP=0.1 % Chromoticity Holpho FAP=0.1 % No D FAP = 0.1 %- 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 Frequency (d~ ) 0.25 0.30 9r— 0.0 0.0 TOI1181 0.2 0.4 0.6 0.8 angular separation (arcsec) TOI1516 1.0 0.2 0.4 0.6 0.8 angular separation (arcsec) Kabáth et al., under review 1.2 Pozorování tranzitů Tranzity mají typicky hloubku <0.01 mag => potřeba přesných pozorování Základní zdroj šumu je fotonový šum (bílý šum): o ~ - čím více fotonů, tím menší relativní chyba měření Dalšími zdroji šumu jsou jevy spojené s přístrojem a pozorovacími podmínkami - tzv červený šum Pozorování tranzitů Obecná doporučení k CCD měření tranzitů: 1. Měřit efektivně vzhledem k přístroji a observatoři a. Vhodnost cíle (jasnost, poloha na obloze, délka pozorovatelnosti, okolí hvězdy, pokles, délka tranzitu) Pozorování tranzitů Obecná doporučení k CCD měření tranzitů: 1. Měřit efektivně vzhledem k přístroji a observatoři a. Vhodnost cíle (jasnost, poloha na obloze, délka pozorovatelnosti, okolí hvězdy, pokles, délka 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Pozorování tranzitů Obecná doporučení k CCD měření tranzitů: 1. Měřit efektivně vzhledem k přístroji a observatoři a. Vhodnost cíle (jasnost, poloha na obloze, délka pozorovatelnosti, okolí hvězdy, pokles, délka tranzitu) XO-6b (V=10.25 mag), 20190216, MUO, exposure 20 s. RM5=0.007 mag b. c. d. Vhodný filtr Používat autoguiding Expozice (dostatek fotonů vs. kadence dat) i Surová data, t =45 s exp tlil S 0.800 - I 0.820 Exo-comp • -••^'.••v»-'' t.;. I comp-chk | v JD-2458530 Binovaná data, t -3x45 s exp iltlíiTitotó • VAR/CMP Mean Mag. -0.143 MinMag. -0.163 tt tt[ Max Mag. -0.120 ** DiffMag. 0.043 ♦ ♦ ♦ J* Mean dev' 0>003 Si Ipltfplftl Pozorování tranzitů Obecná doporučení k CCD měření tranzitů: 1. Měřit efektivně vzhledem k přístroji a observatoři 2. Správně redukovat data a. Bias, Dark frame, Flat-field frame, detrending Pozorování tranzitů Obecná doporučení k CCD měření tranzitů: 1. Měřit efektivně vzhledem k přístroji a observatoři 2. Správně redukovat data a. Bias, Dark frame, Flat-field frame, detrending 1 00 WASP-126b V 1 00 X 3 WASP-95b ^ 0.99 '' i I ; : : ' 1 V £ 102 WASP-124b 100 0 98 : < : 1 0010 1.0005 1.0000 0.9995 0.9990. Pi Mensae c \ 1335 1340 1345 Time (BJD-2457000) -0.4 -0.2 0.0 02 0.4 Time from Mid-Transit (days) TESS: The Movie Sector 1 09 Aug 2018 19:44 Pozorování tranzitů Obecná doporučení k CCD měření tranzitů: 1. Měřit efektivně vzhledem k přístroji a observatoři 2. Správně redukovat data a. Bias, Dark frame, Flat-field frame, detrending 1.01 x i 1.00 § 0.99 0.98 1.0005 d 1.0000 0.9995 § 0.9990 "o 0.9985 0.9980 ■b S i..' i i • • • » • • • • • • > • • • • J-1-1-1-l-L 100 200 t [BJD] - 2455000 300 400 Pozorování tranzitů Obecná doporučení k CCD měření tranzitů: 1. Měřit efektivně vzhledem k přístroji a observatoři 2. Správně redukovat data a. Bias, Dark frame, Flat-field frame, detrending b. Správná clonka + diferenciální fotometrie c. Volba srovnávací hvězdy (kombinace hvězd blízko měřené) CL 4 Surový tok z hvězdy (ADU) - Silný vliv podmínek Diferenciální fotometrie b vliv podmínek silně potlač 2 Time (h) Signál z hvězdy pozadí CMPO chk cmp3 cmp1 Obecná doporučení k ( 1. Měřit efektivně vž 2. Správně redukov a. Bias, Dark b. Správná ck c. Volba srovr Ol m E E' < 0.02 0.00 -0.02 -0.04 -0.06 -0.08 -0.10 -0.12 -0.14 -0.16 -0.18 -0.20 -0.22 -0.24 -0.26 -0.28 -0.30 -0.32 -0.34 -0.36 -0.38 -0.40 Rozdílná jasnost srovnávací hvězdy .?? A í c • Mi. ..í Rozdílná barva srovnávací hvězdy B lír* Rozdílná vzdálenost hvězdy na čipu 0.3 0.4 0.5 0.6 JD - 2458757 [days] 0.3 0.4 0.5 0.6 JD - 2458757 [days] 0.3 0.4 0.5 0.6 JD - 2458757 [days] Marko Mesarč, 2020, "Pozorovatelnost exoplanet v městských podmínkách" Pozorování tranzitů Obecná doporučení k CCD měření tranzitů: 1. Měřit efektivně vzhledem k přístroji a observatoři 2. Správně redukovat data a. Bias, Dark frame, Flat-field frame, detrending b. Správná clonka + diferenciální fotometrie c. Volba srovnávací hvězdy (kombinace hvězd blízko měřené) Jedna srovnávací hvězda !ki,t!í Signál z hvězdy * 3 srovnávací hvězdy JLěéM ------------------' kii 1ípn I 58991.4000 53991.4500 58991 .5000 58991 .550 Pozorování tranzitů Obecná doporučení k CCD měření tranzitů: 1. Měřit efektivně vzhledem k přístroji a observatoři 2. Správně redukovat data 3. Měřit v dobrých podmínkách a. b. c. d. e. 1 Čistá obloha Nízká vlhkost Vítr Vysoko na obloze Daleko od Měsíce a zdrojů světla HUMIDITY [%] WIND SPEED [m/s] PRESSURE [mbar] TWILIGHT [lux] 49 3.8 974.6 250 TEMP OUT [degC] TEMP DOME [dcgC] PYRGEOMETER [WAm2] 23.5 22.1 -108.5 ''ff*"1 - 1 1 1 1 1 1 . —-i ■BP1™'1 W Lfli. 40 35 30 25 30 ()') 12:00 30 09 16:00 30 09 20:00 01/10 00:00 01/10 04:00 01/10 08:00 (DATE / UTC): 2019-10-01 11:56:01 0.02i -0.22--0.24--0.26--0.28--0.30--0.32--0.34--0.36--0.38--0.40- ••V: : rtJjr'w^a»^ a .- Oblačnost + vítr Pozorování tranzitů Obecná doporučení k CCD měření tranzitů: 1. Měřit efektivně vzhledem k přístroji a observatoři 2. Správně redukovat data 3. Měřit v dobrých podmínkách a. Čistá obloha b. Nízká vlhkost c. Vítr d. Vysoko na obloze e. Daleko od Měsíce a zdrojů světla Špatné podmínky • VAR/CMP Mean Mag. -0.326 Min Mag. -0.338 Max Mag. -0.309 Diff Mag. 0.029 Mean dev. 0.004 Mag -0.455 -0.450 -0.445 -0.440 -0.435 -0.430 -0.425 -0.420 -0.415 -0.410 -0.405 -0.395 JD Měření vs. přesnost určení parametru Bakalářská práce Michaela Vítková, 2020 "Vliv kadence a rozptylu dat na přesnost určení parametrů exoplanetárních tranzitů' Simulace: • Exoplaneta: P=2.5 d, Rp=1 Rj (0.1004 Rs), a=0.036 au, i=88.7°, e=0, w=90° • Kadence: 25 s (60 křivek), 1 min (120 křivek), 2 min (200 křivek), 30 min (400 křivek) • Šum: 200 ppm, 2000 ppm, 10000 ppm 1.000 0.998 : 0.996 I 0.994 i ' 0.992 0.990 0.988 1.0050 1.0025 1.0000 \ 0.9975 l 0.9950 ' 0.9925 0.9900 0.9875 (a) % . • • A -0.1 0.0 Time [days] (b) 1.03 1.02 1.01 i i 1.00 í 0.99 0.98 0.97 0.96 -0.2 -0.1 0.0 0.1 0.2 Time (days] Rp=0.117qj:g: ř0 = 0.000ijj$ (a) < 1.000 -í 0.995 -j 0.990 - Rp = 0.096Ijj;S t0 = 0.0014+g;| (c) flp = 0.1012íg 988 "I t0 = 0.00035±g: 0.0005 ] 0.0000-^ 0.0005 ] 0.100 -0.075 -0.050 -0.025 0.000 0.025 0.050 0.075 0.100 O.1OO-O.O75-O.O5O-O.O25O.OO0 0.025 0.050 0.075 0.100 -0.100-0.075-0.050-0.025 0.000 0.025 0.050 0.075 0.100 fip = 0.106 + 3 o! r0 = 0.004±g;Šg 0.100 -0.075 -0.050 -0.025 0.000 0.025 0.050 0.075 0.100 (b) Rp-o.ioioiS! ta = O.OOOOÍjjj -88.7Í8I ■7.85ÍŠ-K -0.100-0.075 -0.050 -0.025 0.000 0.025 0.050 0.075 0.100 rms.ľ, = 2.0e-OJ ■ t ■ • ■ (d) -0.100-0.075 -0.050 -0.025 0.000 0.025 O.O50 0.075 0.100 10000 E CL Cl OJ in O c 2000 200 Měření vs. přesnost určení parametru Exoplaneta: P=2.5 d, R=1 R. (0.1004 RA a=0.036 au, i=88.7°, e=0, w=90° Radius 30 min cadence 1-r 1 min cadence P J v ■ ~~ ■ ■ Table 4.2: Relative standart deviations for planet radius Rp noise cadence [ppm] 30 minutes 2 minutes 1 minute 25 seconds 10000 19.5 % 6.4 % 5.1 % 2.9 % 2000 4.7 % 1.6 % 1.1 % 0.9 % 200 0.5 % 0.3 % 0.2 % 0.1 % 2 min cadence noise = 10000 ppm noise = 2000 ppm noise = 200 ppm i • i i—i + i-r 25 sec cadence 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 ARP[RS] ARP[R5] 0.00 0.02 0.04 0.00 0.02 0.04 0.00 0.02 ARP[RS] ARP[RS] ARP[RS] 0.04 Měření vs. přesnost určení parametrů • Exoplaneta: P=2.5 d, Rp=1 Rd (0.1004 Rs), a=0.036 au, i=88.7°, e=0, w=90° Table 4.3: Relative standart deviations for inclination a Semi-major axis noise cadence [ppm] 30 minutes 2 minutes 1 minute 25 seconds 10000 44.9 % 8.7 % 4 % 2.8 % 2000 7.4 % 1.2 % 0.9 % 0.7 % 200 1.4 % 1.2 % 1 % 0.6 % 30 min cadence 2 min cadence noise = 10000 ppm noise = 2000 ppm noise = 200 ppm 10000 - E Q-Q. QJ in ° 2000 H 10000 CL Q. QJ in ° 2000 H 12 3 Aa[Rs] Měření vs. přesnost určení parametrů • Exoplaneta: P=2.5 d, Rp=1 Rd (0.1004 Rs), a=0.036 au, i=88.7°, e=0, w=90o Inclination Table 4.4: Relative standart deviations for inclination i noise [ppm] cadence 30 minutes 2 minutes 1 minute 25 seconds 10000 2000 200 0.5 % 0.2 % 0.2 % 0.2 % 0.3 % 0.1 % 0.1 % 0.07 % 0.2 % 0.04 % 0.04 % 0.08 % 30 min cadence 2 min cadence noise — 10000 ppm noise = 2000 ppm noise = 200 ppm 10000 10000 2000 200 0.2 0.4 A/[°] i-1-1-f 0.00 0.25 0.50 0.75 0.00 0.25 0.50 0.75 0.00 0.25 0.50 0.75 A/[°] A/[°] A;[°]