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???metadata.dc.type???: Dissertação
Title: Caracterização de exoplanetas rochosos na zona de habitabilidade das estrelas hospedeiras
???metadata.dc.creator???: GARCIA, MATIAS JAVIER
???metadata.dc.contributor.advisor1???: BORGES FERNANDES, MARCELO
???metadata.dc.description.resumo???: O objetivo principal deste mestrado é a busca de planetas astrobiologicamente interessantes através da caracterização física de exoplanetas rochosos que se encontram dentro da zona de habitabilidade (ZH) das suas estrelas hospedeiras. Assim, calculamos a ZH para uma amostra de 9 exoplanetas potencialmente rochosos, identificados pela missão Kepler, que orbitam estrelas simples e com parâmetros físicos e orbitais determinados na literatura. Para isso, fizemos uso de um modelo climático radiativo-convectivo (Kopparapu et al. 2014) e encontramos como resultados que 2 deles, Kepler 22-b e Kepler 298-b, encontram-se bem próximos do limite interior da ZH, e que 3 deles, Kepler 174-d, Kepler 186-f e Kepler 441-b, encontram-se próximos do limite exterior. Os planetas restantes da nossa amostra, Kepler 283-c, Kepler 440-b, Kepler 442-b e Kepler 443-b, encontram-se bem dentro da respectiva ZH. Por sua vez, através do modelo climático e com base na distancia à qual se encontram os planetas na ZH e nas luminosidades das estrelas hospedeiras, foi possível identificar o possível tipo de atmosfera (tipo Terra ou Marte) que os mesmos podem ter, além de limites para a temperatura e pressão superficiais. Ainda que até o momento não tenha sido detectado nenhum planeta de tipo rochoso em sistemas binários, apresentamos também neste trabalho um método alternativo ao de Kaltenegger et al. (2013) e Haghighipour et al. (2013) para o cálculo da ZH nesses sistemas. Nós verificamos que a ZH pode ser calculada a partir da determinação das raízes de um polinômio de quarta ordem, cujos coeficientes dependem das anomalias verdadeiras do planeta e da estrela secundária, da distância entre as estrelas, da excentricidade do sistema binário e dos limites da zona de habitabilidade assumidos para o sistema solar. Este método foi aplicado em 3 planetas circumbinários descobertos pela missão Kepler: Kepler 16, Kepler 47 e Kepler 453, e vimos que os nossos resultados estão em um bom acordo com a literatura. Além disso, como sabemos com base no exemplo da Terra, um planeta para ser astrobiologicamente interessante tem que ser capaz de manter água em estado líquido na sua superfície por um período de tempo da ordem de bilhões de anos, de forma a permitir a origem e desenvolvimento da vida. Por isso, fizemos estudos sobre a estabilidade dinâmica daqueles planetas da nossa amostra, que se encontram em sistemas multi-planetários (Kepler 174, Kepler 186, Kepler 283 e Kepler 298) usando o integrador simplético SWIFT. Como resultado, encontramos algumas configurações orbitais nas quais Kepler 174-d, Kepler 186-f e Kepler 283-c, permanecem dentro da ZH pelo tempo total da simulação. Nós concluímos que os planetas Kepler 442-b, Kepler 443-b e Kepler 186-f seriam os planetas mais astrobiologicamente interessantes da nossa amostra, pois pelas suas características físicas, eles podem ser rochosos e encontram-se dentro da ZH das suas estrelas. No caso de Kepler 442-b e Kepler 443-b é mais provável que tenham atmosferas do tipo Terra, com temperaturas superficiais de 240-320 K e 240-280 K, respectivamente e com uma pressão na superfície de ~1,4$ e ~5,6 bar, respectivamente. Já Kepler 186-f provavelmente tem uma atmosfera do tipo Marte, com uma temperatura superficial maior do que 273 K e pressão superficial de 7,23 bar. Nesses planetas, devido ao intervalo de temperaturas, pode existir água em estado liquido nas suas superfícies, mesmo com pressões mais altas do que na Terra. Entretanto, é necessário analisar o diagrama de fase da água para podermos confirmar essa hipótese. Como um passo futuro, pretendemos explorar se esses planetas poderiam ter atmosferas com outras composições químicas. Uma possibilidade será a utilização do modelo atmosférico PHOENIX (Allard et al. 2012) para tentarmos obter espectros teóricos prevendo ou não a possibilidade de bioassinaturas nas suas atmosferas, indicando cenários astrobiologicamente interessantes.
Abstract: The main objective of this work is the search of astrobiologically interesting planets through the physical characterization of rocky exoplanets within the habitable zone (HZ) of their host stars. To do this, we calculated the HZ for a sample of 9 potentially rocky exoplanets, identified by the Kepler mission, orbiting single stars with known physical and orbital parameters. We used a radiative-convective climate model (Kopparapu et al. 2014) and found that 2 of them, Kepler 22-b and Kepler 298-b, are very close to the inner edge of the HZ; 3 of them, Kepler 174-d, Kepler 186-f and Kepler 441-b, are near to the outer limit; and the remaining planets of our sample, Kepler 283-c, Kepler 440-b, Kepler 442-b and Kepler 443-b, are very well settled within the HZ of their host stars. Considering the planet-star distance and the luminosities of the host stars, and using the climate model, we were able to identify the possible type of atmosphere (Earth or Mars type) that these planets may have, and also the limits for surface temperature and pressure. Up to now no rocky planet has been detected in binary systems, however, we also present an alternative method to that one proposed by Kaltenegger et al. (2013) e Haghighipour et al. (2013) for the calculation of HZ in this kind of systems. We verified that the HZ can be determined by the calculation of the roots of a fourth-order polynomial with its coefficients depending on the true anomalies of the planet and the secondary star, the distance between the stars, the eccentricity of the binary system and the boundaries of the HZ in solar system. This method was applied to 3 circumbinary systems discovered by the Kepler mission: Kepler 16, Kepler 47 and Kepler 453, and our results are in a good agreement with the literature. As we know from Earth, a planet to be astrobiologically interesting has to be able to keep liquid water on its surface for a long period of time, in the order of billions of years, to allow the origin and development of life. Therefore, we have carried out a dynamical stability study of the planets of our sample, which belong to multiplanetary systems (Kepler 174, Kepler 186, Kepler 283 and Kepler 298), using the SWIFT symplectic integrator. As a result, we found some orbital configurations where Kepler 174-d, Kepler 186-f and Kepler 283-c, remain within the HZ along the complete integration time of the simulation. We conclude that Kepler 442-b, Kepler 443-b and Kepler 186-f are the most astrobiologically interesting planets in or sample, because they lie within the HZ of their host stars and according to their physical characteristics, they are rocky planets. The cases of Kepler 442-b and Kepler 443-b, are most likely to have an Earth-like atmosphere with surface temperatures between 240-320 K and 240-280 K, respectively, and surface pressures of ~1,4 e ~5,6 bar respectively. On the other hand, Kepler 186-f is more likely to have a Mars-like atmosphere with a surface temperature greater than 273 K and a surface pressure of 7.23 bar. Due to the temperature range and the higher pressures, comparing to Earth, all of these planets may support liquid water on their surfaces. However, it is extremely necessary to study the water phase diagram to confimr this scenario and the possible existence of liquid water. As a future perspective, it would be interesting to explore whether the planets could have atmospheres with other chemical compositions. One possibility is using the model atmosphere PHOENIX (Allard et al. 2012), trying to obtain theoretical spectra that will predict or not the existence of biosignatures features in the atmospheres of these planets, indicating an astrobiologically interesting scenario.
Keywords: exoplanetas;atmosferas planetárias;zona de habitabilidade;estabilidade planetária
???metadata.dc.subject.cnpq???: ASTRONOMIA::ASTROFISICA EXTRAGALACTICA
Language: por
???metadata.dc.publisher.country???: Brasil
Publisher: Observatorio Nacional
???metadata.dc.publisher.initials???: ON
???metadata.dc.publisher.department???: Divisão de Programas de Pós-Graduação - DIPPG
???metadata.dc.publisher.program???: Programa de Pós-Graduação em Astronomia
Citation: GARCIA, MATIAS JAVIER. Caracterização de exoplanetas rochosos na zona de habitabilidade das estrelas hospedeiras. 2016, 123 páginas de Dissertação do Programa de Pós-Graduação em Astronomia - Observatório Nacional, ON.
???metadata.dc.rights???: Acesso Aberto
URI: http://localhost:8080/tede/handle/tede/39
Issue Date: 25-Nov-2016
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado PPGA

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