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Investigating the early climates of the exoplanets around TRAPPIST-1
Cornelia Weber
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Astronomie
Betreuer*in
Manuel Güdel
Mitbetreuer*in
Kristina Kislyakova
DOI
10.25365/thesis.64932
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-27767.56353.864668-9
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Der kühle Zwergstern TRAPPIST-1 beherbergt 7 terrestrische Exoplaneten. Diese Plan-eten umkreisen den roten Zwergstern innerhalb von 1 AE. Drei dieser Planeten befindensich in der Habitablen Zone des Sterns. Die TRAPPIST-1 Planeten sind exzellente Kan-didaten, um das Klima von Exoplaneten in verschiedenen Abständen vom Zentralge-stirn zu untersuchen. Diese Arbeit verfolgt das Ziel, die Entwicklung des exoplanetarenKlimas während der Vor-Hauptreihe Phase mit verschiedenen CO2Werten der Atmo-sphäre zu untersuchen. Die Habitabilität von Exoplaneten während der Vor-HauptreihePhase wurde bisher noch nicht untersucht, sollte jedoch nicht vergessen werden, wennes um Betrachtungen bezüglich der Habitabilität von Exoplaneten geht. Die Entwick-lungen dieser Planeten in der frühen und heißen Phase des Systems, tragen maßgeblichdazu bei, ob es ein lebensfreundliches Klima geben kann. In dieser Arbeit liegt derFokus auf den vier äußeren Planeten, angefangen bei TRAPPIST-1e bis zu TRAPPIST-1h.Die innersten Planeten dieses Systems wurden nicht in die Untersuchungen miteinbe-zogen, da sie heute noch sehr viel stellare Strahlung erhalten und für die hier durchge-führten Habitabilitätsbetrachtungen daher nicht infrage kommen. Um Klimatdaten derTRAPPIST-1 Exoplaneten zu simulieren, benutze ich den PlanetensimulatorPlaSim. EinOpen Source Projekt der Universität Hamburg. Mithilfe dieses 3D globalen Klimamod-ells, von mittlerer Komplexität, kann ich verschiedene Aspekte des Klimas auf den Plan-eten untersuchen. Um die Leuchtkraft von TRAPPIST-1 während der Vor-Hauptreihe indie Simulationen mit einfließen zu lassen, benutze ich ein Sternen-Leuchtkraft-Modellin Anlehnung an TRAPPIST-1. Die stellare Masse dieses Modells beträgt 0.09 M@undweist keine Metallizität auf. Die Simulationen wurden an sieben bestimmten Zeitpunk-ten während der ersten Milliarde Jahre der stellaren Entwicklung durchgeführt. Fürdiese Zeitpunkte wurde die Leuchtkraft von TRAPPIST-1 in stellare Konstanten derjeweiligen Planeten umgerechnet. Die Ergebnisse zeigen, dass auf TRAPPIST-1e, derin der Habitablen Zone liegt, auch heute noch im äquatorialen Bereich Gebiete mitgemäßigteren Temperaturen zu finden wären, sofern der atmosphärische CO2Gehaltmindestens 100.000 ppm beträgt. Meine Arbeit zeigt, dass während der Vor-HauptreihePhase alle vier TRAPPIST-1 Exoplaneten ein frühes Habitabilitäts-Fenster aufweisenund damit für einen bestimmten Zeitpunkt lebensfreundliche Temperaturen auf derOberfläche vorhanden waren.
Abstract
(Englisch)
The ultracool M dwarf TRAPPIST-1 hosts seven terrestrial exoplanetes. These exoplan-ets have orbits within 1 AU around the red dwarf and three of them are located in thesystem’s habitable zone. These planets are excellent candidates for investigating differ-ent planetary climates at different distances from the central star. The aim of this thesisis to investigate the evolution of the pre-main sequence climates of these planets undervarying CO2mixing ratios. The habitability of exoplanets during the PMS phase has notyet been investigated and is therefore an important aspect for habitability evolution ofthese planets. My thesis focuses on the outer planets of this system, from TRAPPIST-1eto TRAPPIST-1h, neglecting the innermost planets due to the high stellar irradiation theyreceive. The four TRAPPIST-1 planets atmospheres are simulated using the open sourceplanet simulator PlaSim from the University of Hamburg. This 3D global circulationmodel of intermediate complexity allows me to investigate the climates of exoplanets invarious aspects. I use a stellar luminosity model with a stellar mass of 0.09 M@and zerometallicity for these simulations. The simulations are done at 7 distinct times duringTRAPPIST-1’s first billion years of evolution. For these times the corresponding stellarmodel luminosities are recalculated into stellar constants for each of the seven four stud-ied exoplanets. The simulation show that TRAPPIST-1e can have clement temperaturespots even today at its equatorial region, if the atmosphere has at least a CO2mixing ra-tio of 100.000 ppm. During the PMS evolution all four investigated TRAPPIST-1 planetsexhibit early habitability windows.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
TRAPPIST-1 exoplanets climate habitability
Schlagwörter
(Deutsch)
TRAPPIST-1 Exoplaneten Klima Habitabilität
Autor*innen
Cornelia Weber
Haupttitel (Englisch)
Investigating the early climates of the exoplanets around TRAPPIST-1
Paralleltitel (Deutsch)
Untersuchung des frühen Klimas auf den TRAPPIST-1 Exoplaneten
Publikationsjahr
2020
Umfangsangabe
ii, 51 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Manuel Güdel
Klassifikation
39 Astronomie > 39.53 Planeten
AC Nummer
AC16172002
Utheses ID
57615
Studienkennzahl
UA | 066 | 861 | |