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Atmospheric evolution of the habitable zone Sub-Neptune K2-18 b
Thorben Alexander Johannes Frey
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Astronomie
Betreuer*in
Sudeshna Boro Saikia
DOI
10.25365/thesis.74019
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-20658.56747.675971-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
K2-18b ist ein Sub-Neptun oberhalb des radius valley, ohne ein Analogon im Sonnensystem. Es wurde festgestellt, dass die Atmosphäre von H2 und He dominiert wird und Spuren von H2O und CH4 enthält. Die genauen Mengen der Spurengase, sowie der Massenanteil der Atmosphäre und die Beschaffenheit des Exoplanetenkerns sind Gegenstand aktueller Forschung. Da derzeit nur Momentaufnahmen des Planeten und seiner Atmosphäre existieren, zielt meine Masterarbeit darauf ab, die kurzfristige atmosphärische Entwicklung von K2-18b zu simulieren, indem ich verschiedene Szenarien innerhalb der derzeitigen Beschränkungen erforsche. Mit Hilfe des Kompot-Codes, der an der Universität Wien entwickelt wurde, habe ich mehrere Simulationen durchgeführt, die über fünfhundert chemische Reaktionen, einschließlich photochemischer Reaktionen, berücksichtigen. Diese Simulationen berücksichtigten Energiequellen wie stellare Strahlung, atmosphärische Verlustmechanismen, Diffusionsprozesse und Heiz-/Kühleffekte, um eine umfassende Analyse der atmosphärischen Entwicklung von K2-18b zu ermöglichen. Meine Simulationen zeigen, dass die atmosphärische Lebensdauer kaum von der genauen Menge an Wasser in der Atmosphäre abhängt, sondern davon, ob Wasser im Gemisch vorhanden ist oder nicht. Außerdem sprechen sie gegen die Existenz einer sehr leichten Atmosphäre, da eine solche Atmosphäre unter Berücksichtigung von Sternentwicklung und der Lebensdauer des Systems bereits verschwunden sein müsste. Mäßig massive Atmosphären hingegen könnten innerhalb der nächsten 10 bis 15 Gyr verschwinden. Dies würde es dem Planeten ermöglichen, eine primäre oder sekundäre Atmosphäre auszugasen, die reich an schwereren Verbindungen sein könnte. Darüber hinaus zeigen meine Simulationen, dass eine massereiche Atmosphäre mit einer voraussichtlichen Lebensdauer von etwa 4000 Gyr langfristig stabil wäre.
Abstract
(Englisch)
K2-18 b is a sub-Neptune above the radius valley without a solar system analogue. The atmosphere was found to be dominated by H2 and He with traces of H2O and CH4. The exact amounts of the trace gases as well as the atmospheric mass fraction and the nature of the exoplanets core are subject to recent studies. As currently only snapshot models of the planet and its atmosphere exist, my master’s thesis aims to investigate the short-term atmospheric evolution of K2-18 b by exploring different scenarios within the current constraints. Using the Kompot code developed at the University of Vienna, I performed multiple simulations considering over five hundred chemical reactions, including photochemical reactions. These simulations consider energy sources such as stellar radiation, atmospheric loss mechanisms, diffusion processes, as well as heating and cooling effects to provide a comprehensive analysis of the atmospheric evolution of K2-18 b. My simulations show that the atmospheric lifetime hardly depends on the exact amount of water in the atmosphere, but on the fact whether water is existent or not. Furthermore, they disfavor the existence of a very lightweight atmosphere, as such an atmosphere should already have vanished taking stellar evolution and the lifetime of the system into account. Moderately massive atmospheres on the other hand might vanish within in the next 10 Gyr to 15 Gyr. This would enable the planet to outgas a primary or secondary atmosphere, which might be rich in heavier species. Additionally, my simulations show that a massive atmosphere would be stable long-term with a predicted lifetime around 4000 Gyr.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Exoplaneten Sub-Neptun Habitable Zone Atmosphäre Numerische Simulation
Schlagwörter
(Englisch)
Exoplanets Sub-Neptunes Habitable Zone Atmosphere Numerical Simualtions
Autor*innen
Thorben Alexander Johannes Frey
Haupttitel (Englisch)
Atmospheric evolution of the habitable zone Sub-Neptune K2-18 b
Paralleltitel (Deutsch)
Atmospherische Entwicklung des Sub-Neptuns K2-18b in der habitablen Zone
Publikationsjahr
2023
Umfangsangabe
xii, 59 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Sudeshna Boro Saikia
Klassifikation
39 Astronomie > 39.53 Planeten
AC Nummer
AC16920340
Utheses ID
67790
Studienkennzahl
UA | 066 | 861 | |