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Evaluation of the telescope infrastructure at the University of Vienna for exoplanet transit measurements
Theodor Saalmann
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Astronomie
Betreuer*in
Stefan Meingast
DOI
10.25365/thesis.72527
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-17109.80280.481676-5
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Ziele: Die Kernfrage, die sich diese Arbeit stellt, lautet ’Wie gut kann die Universität Wien Exoplaneten detektieren?’. In der Vergangenheit wurden zwar von MitarbeiterInnen und Studierenden des Instituts für Astrophysik Exoplaneten beobachtet, jedoch gibt es keine ausgearbeitete Statistikanalyse über die Detektionsqualität. Ein weiteres Thema dieser Arbeit ist herauszufinden, ob die Instrumente der Universität Wien leistungsfähig genug sind, um an Exoplanetennachbeobachtungsprogrammen teilzunehmen. Methoden: Für die Beobachtungen wurden die beiden modernsten und größten Teleskope der Universität Wien verwendet: Das 0,8m Nordkuppel Teleskop des Instituts für Astrophysik und das 1,5m Leopld Figl Teleskop des Leopold Figl Observatoriums für Astrophysik. Damit die beiden Teleskope und deren Daten aussagekräftig verglichen werden konnten, wurde eine Parallelbeobachtung mit beiden Teleskopen an dem selben Objekten zur selben Zeit durchgeführt. Die beiden Exoplaneten, die auf diese Weise beobachtet worden sind, heißen HAT-P-36 b und TOI1820 b und wurden im R Band gemessen. Als Test wurde vorher WASP-11 b mit der Nordkuppel im V Band aufgenommen. Für die Datenanalyse wurde differenzielle Photometrie mittels Python und Source Extractor angewandt. Resultate: Alle Beobachtungen mit dem Nordkuppel und Figl Teleskop wurden erfolgreich durchgeführt und analysiert. Mit der Nordkuppel wurde bei TOI1820 b eine Transittiefe von 0.574±2.1e-3 % gemessen und bei HAT-P-36 1.75±0.106 %. Das Figl Teleskop hat für TOI1820 b eine Tiefe von 0.303±4.6e-3 % und für HAT-P-36 b 1.69±0.143 % gemessen. Weiters wurden die astrophysikalischen Parameter ’große Halbachse’, ’Planetenradius’ und ’Inklination’ für beide Exoplaneten berechnet. Konklusion: Einen Exoplaneten mit der Instrumentierung der Universität Wien zu beobachten, ist machbar. Das benutzte Teleskop, der Detektor, das Target und die Anzahl der Referenzsterne haben jedoch einen großen Einfluss auf die Messung. Die Datenauswertung hat gezeigt, dass die Helligkeit des Referenzsterns eine ähnliche Helligkeit wie der Targetstern haben sollte und je mehr Referenzsterne desto besser. Da die Nordkuppel mit ihrem großen Bildfeld diesen Anforderungen besser nachkommen kann, ist im Moment die Nordkuppel besser für die Beobachtung von Exoplaneten geeignet. Das Figl Teleskop hat mit seiner größeren Apertur jedoch ein deutlich besseres Rauschpotenzial, und mit ein paar Änderungen der Instrumentierung könnte man ein größeres Bildfeld erzeugen und somit fast alle Vorteile der Nordkuppel erlangen. Bezüglich der Beteiligung an Nachbeobachtungsprogrammen ist dies aktuell mit der Nordkuppel möglich und mit ein paar Aufrüstungsarbeiten mit dem Figl Teleskop deutlich besser realisierbar.
Abstract
(Englisch)
Aims: The goal of this thesis is to evaluate the capabilities of the University of Vienna to observe and detect transiting exoplanets. Although in the past there were some successful detections of exoplanet transits by employees and students from the Institute of Astrophysics, there exists no analysis on the exoplanet detection quality. Furthermore, I elaborate on the possibilities for exoplanet follow-up programmes for the Institute of Astrophysics. Methods: I used two telescopes with their instruments currently installed: the 0.8m Nordkuppel Telescope at the Institute of Astrophysics and the 1.5m Leopold Figl Telescope at the Leopold Figl Observatory for Astrophysics. To provide data that can be compared in a meaningful way, I organised and performed simultaneous observations with both telescopes of the same targets. The two observed exoplanets are HAT-P-36 b and TOI1820 b in the R band. To set up my data analysis tools, I also measured a transit of WASP-11 b with the Nordkuppel Telescope in the V-band beforehand. For data analysis, I performed differential photometry, mainly using the available Python packages and Source Extractor. The observations were evaluated by comparing the light curves and their standard deviation from the two telescopes, as well as the derived astrophysical parameters to the literature. Results: All observation with the Nordkuppel and Figl telescopes were successful. With the Nordkuppel, the transits of TOI1820 b and HAT-P-36 b were detected at a depth of 0.574±0.002 % and 1.75±0.106 %, respectively. With data from the Figl telescope, I measured depths of 0.303±0.005 % for TOI1820 b and 1.69±0.143 % for HAT-P-36 b. I presented multiple explanations for light curve gradients, like atmospheric extinction and variable stars. An evaluation of the standard deviation of the recorded light curves showed that combining multiple reference stars and using adaptive-sized apertures have a significant impact on the detection quality. In addition, the semi-major axis, the planetary radius, and the inclination were calculated for both exoplanets. Conclusion: Observing and successfully measuring exoplanet transits is possible with the currently available equipment at the University of Vienna. However, the quality of the results depends on the telescope, detector, target brightness, and available reference stars. In particular, multiple reference stars with a brightness similar to that of the target star are vital to the stability and noise properties of the constructed light curves and the reliability of successful transit observations. Given the larger field of view with its current instrumentation, the Nordkuppel telescope currently outperforms the Figl telescope in measuring exoplanet transits. However, the Figl telescope with its larger aperture reaches fainter target magnitudes, yet is very limited in observable targets because of its small field of view. As a consequence, being part of follow-up programmes for measuring exoplanet transits is currently well within reach with the Nordkuppel and can be significantly enhanced with upgraded instrumentation for the Figl telescope.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Astronomie Exoplanet Transitmethode Datenwissenschaft Teleskop
Schlagwörter
(Englisch)
Astronomy Exoplanet Transit Method Data Science Telescope
Autor*innen
Theodor Saalmann
Haupttitel (Englisch)
Evaluation of the telescope infrastructure at the University of Vienna for exoplanet transit measurements
Paralleltitel (Deutsch)
Evaluierung der Teleskopinfrastruktur an der Universität Wien für Exoplanetentransitmessungen
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
76 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Stefan Meingast
AC Nummer
AC16666653
Utheses ID
65007
Studienkennzahl
UA | 066 | 861 | |