 |
Habitability of exoplanetary systems around ultracool dwarf stars
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
131737 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Dobos, Vera Zsuzsa |
| Title in Hungarian |
Ultrahideg törpecsillagok körüli exobolygórendszerek lakhatósága |
| Title in English |
Habitability of exoplanetary systems around ultracool dwarf stars |
| Keywords in Hungarian |
lakhatóság, exobolygók, TRAPPIST-1, exoholdak |
| Keywords in English |
habitability, exoplanets, TRAPPIST-1, exomoons |
| Discipline |
| Astronomy (Council of Physical Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Astrophysics |
|
| Panel |
Physics |
| Department or equivalent |
Konkoly Thege Miklós Astronomical Institute (Research Centre for Astronomy and Earth Sciences) |
| Starting date |
2019-12-01 |
| Closing date |
2020-12-31 |
| Funding (in million HUF) |
8.487 |
| FTE (full time equivalent) |
0.87 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A kutatás célja az ultrahideg törpecsillagok körüli exobolygók, illetve holdrendszereik lakhatóságára vonatkozó kérdések vizsgálata. Elméleti kutatásaimat két fő témában fogom folytatni; ezek mindegyike kapcsolódik a Földön kívüli élet lehetséges helyszíneinek beazonosításához, így az eredmények az asztrobiológia csillagászati módszerekkel történő megalapozásához és kibővítéséhez fognak hozzájárulni.
A két fő projekt a következő:
(1) A központi csillag fleraktivitásának hatásai a bolygólégkörök stabilitására
Azt fogom megvizsgálni, hogy milyen konfigurációjú planetáris mágneses tér szükséges ahhoz, hogy megvédje a bolygólégkört a fleraktivitás pusztító hatásától. A kutatás a TRAPPIST-1-re és az ahhoz hasonló bolygórendszerek Föld méretű bolygóira fókuszál.
(2) Exobolygók és exoholdak árapályfűtése
A TRAPPIST-1 bolygók árapályfűtési paramétereit, illetve azok időbeli változásait fogom vizsgálni. Ezenkívül kiválasztom azokat a már ismert exobolygókat, amelyeknek olyan megfigyelhető holdjai lehetnek, amelyek egyben potenciálisan lakhatóak is lehetnek (felszínűkön a víz folyékony halmazállapotú lehet).
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A Földön kívüli potenciális élethelyek beazonosítása a jelenkor asztrofizikájának egyik legnagyobb érdeklődést kiváltó területe. Az exobolygók lakhatóságára vonatkozó kutatások a Nap-Föld rendszerhez hasonló bolygórendszerek mellett egyre inkább kiterjednek a Földünkre csak részben emlékeztető égitestek vizsgálatára is.
Az ultrahideg TRAPPIST-1 törpecsillag körül keringő hét, közel Föld méretű bolygó felfedezése 2017 elején új korszakot nyitott az exobolygókutatásban. Az M törpék gyakorisága, és a nagy közelségben keringő bolygóik detektálhatósága megfelelő célpontokká teszi őket az élet lehetőségének kutatásához is. Kis luminozitásuk miatt az M törpék lakható zónája (az a csillag körüli térrész, melyben egy a Földhöz hasonló bolygó a felszínén stabilan folyékony halmazállapotú vizet képes fenntartani) a csillaghoz nagyon közel húzódik. Emiatt a lakható zónában keringő bolygók méretaránya csillagukhoz képest viszonylag nagy, illetve a csillag körüli keringési periódus is kellően rövid; a nagy relatív méret és rövid periódus egyaránt növeli a felfedezésük esélyét. Az ultrahideg csillagok azonban gyakran mutatnak erős aktivitást, amit nagyenergiájú sugárzással járó ismétlődő flerkitörések kísérnek. Az erős csillagaktivitás eltörölheti a bolygó légkörét, és ennek következtében akár az élet lehetőségét is. A csillagaktivitás életre gyakorolt hatása azonban erősen vitatott. Kutatásom célja, hogy jobban megismerjük azokat a feltételeket, melyek mellett egy bolygó vagy hold lakható maradhat egy ilyen rendszerben, az aktivitás mellett figyelembe véve az árapályfűtés hatásait is.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Az exobolygókutatás az elmúlt 20 évben rendkívül látványos fejlődésen ment keresztül, az első évtized felfedezésekre koncentráló kutatásai az utóbbi években egyre inkább a részletes jellemzések felé tolódtak el. Az asztrobiológia megalapozása csillagászati módszerekkel a 21. század interdiszciplináris kutatásai közül az egyik legnagyobb szakmai és közérdeklődést kiváltó téma. Ezen belül a lakhatóságra vonatkozó kutatások jelenleg tisztán elméleti vizsgálatok, melyek azonban egyre több konkrét exobolygórendszer esetében nyernek alkalmazási lehetőséget. A 2017 elején felfedezett TRAPPIST-1 hétbolygós exobolygórendszer modellezése, új fizikai folyamatok figyelembe vétele (pl. csillagaktivitás hatása, árapályfűtés jelentősége) a jelenleg leginkább lakhatónak tekintett exobolygók még valósághűbb leírását eredményezhetik. Emellett a jelenleg futó, illetve közeljövőben induló exobolygó-kereső programok várhatóan további új rendszereket fognak felfedezni, amelyek részletes modellezése fontos feladat lesz az asztrobiológiai potenciálok feltérképezése céljából.
A szakterület jelentőségét mutatja, hogy az Európai Űrügynökség (ESA) a tudományos programjában egymás után már a harmadik exobolygós űrtávcsövet választotta ki megvalósításra (a döntések évei: 2012 – CHEOPS; 2014 - PLATO; 2018 - ARIEL). Mindhárom űrmisszió tudományos programjában együttműködő partner a pályázat fogadó intézménye és a következő évtizedben a magyar csillagászat számára a nemzetközi élvonal egyik vezető iránya lesz az exobolygókutatás űrtávcsövekkel. A 2019-ben induló CHEOPS és a 2026-ban induló PLATO missziók után 2028-ban várható az ARIEL, aminek kimondott célja az exobolygók légkörének vizsgálata infravörös mérésekkel. A jelen pályázat során végzett vizsgálatok a tervezett űrtávcsöves és földi óriásteleszkópos megfigyelések célpont-kiválasztását is segíthetik, így az elméleti eredmények közvetlenül hasznosulhatnak az űrcsillagászati alkalmazásokban.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A más csillagok körül keringő bolygók, azaz az exobolygók kutatása immár több mint húsz éves múltra tekint vissza. A 2010-es évekre a felfedezések üteme oly mértékben megnőtt, hogy a figyelem egyre jobban eltolódik a részletesebb megismerés felé. Különösen izgalmasak az exobolygók lakhatóságára vonatkozó kutatások, amelyek a földihez hasonló élethelyek beazonosítására, ezáltal pedig a Naprendszeren túli asztrobiológia megalapozására irányulnak. Az ultrahideg TRAPPIST-1 törpecsillag körül keringő hét, közel Föld méretű bolygó felfedezése 2017 elején új korszakot nyitott az exobolygókutatásban. A bolygók lakhatósága azonban továbbra is nyitott kérdés, mivel az ultrahideg csillagok nagyon aktívak, gyakori és erős flerkitörést mutatnak, amelyet nagyenergiájú sugárzás kísér, és ez megsemmisítheti a bolygó légkörét, ennek következtében akár az élet lehetőségét is. A tervezett kutatások kibővítik eddigi ismereteinket az ultrahideg csillagok körül keringő bolygók lakhatóságáról, ide értve azon feltételek vizsgálatát, melyek kedvezőek lehetnek az élet kialakulása és fejlődése szempontjából. A pályázó a doktori témáját továbbfejlesztve tervez önálló elméleti kutatásokat, melyek szorosan kapcsolódnak a háttérben meghúzódó nagy kérdéshez, a lakható exobolygók kereséséhez. A fogadó kutatóhely a következő évtizedben három új európai exobolygós űrtávcső programjában lesz résztvevő intézet (CHEOPS, PLATO, ARIEL), ezért a kutatások elméleti megalapozása kiemelt tudományos cél, amihez jelen projekt fontos támogatást nyújt.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The aim of this research is to study habitability conditions on small exoplanets and their moon systems around ultracool dwarf stars. My theoretical work will cover two main topics, each connected to identifying possible locations for extraterrestrial life, hence the results will contribute to the establishment and the broadening of astrobiology using astronomical methods.
The two main projects are the following:
(1) Implications of stellar flare activity on the stability of planetary atmospheres
I will investigate planetary magnetospheres and the possible configurations required for protecting the atmospheres from harmful flare activity. The research will focus on the planets of TRAPPIST-1 and Earth-sized planets of similar planetary systems.
(2) Tidal heating of exoplanets and exomoons
I will study the tidal heating parameters of the TRAPPIST-1 planets, and their changes in time. In addition, I will select those known exoplanets that can have detectable moons which are potentially habitable, as well (possibly having liquid water on their surfaces).
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Identifying potentially habitable extraterrestrial locations is in the centre of interest in modern-day astrophysics. Beside investigating planetary systems similar to the Sun-Earth system, habitability research of exoplanets is increasingly shifting its focus to bodies which are only partly similar to the Earth.
The discovery of seven roughly Earth-sized planets around the TRAPPIST-1 ultracool dwarf star marks a new era in exoplanetary research. M dwarfs are the most numerous stars in the Galaxy and the detectability of their close-in planets makes them favourable targets for investigating possible life-harbouring worlds. Due to the low luminosity of the star, the habitable zone (where an Earth-like planet can maintain liquid water on its surface on a geological time-scale) is located in a very close distance around the star. For this reason, the size of a planet in the habitable zone is relatively large comparing to the size of the star, and the orbital period is efficiently short; both the large relative size and the short orbital period make the detection easier. However, these ultracool stars are often very active, producing strong, frequent flares and high energy radiation which may destroy the planetary atmosphere and consequently, life. The effect of strong stellar activity on the prospects of life is however, controversial. The aim of my research is to learn more about the conditions which may make a planet or moon habitable in such a system. Besides investigating stellar activity, I will also study the effects of tidal heating.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Exoplanetary research has been developing in the last 20 years to a great extent; from detection in the first decade, research gradually shifted to detailed characterization of planets. Establishing astrobiology with astronomical methods triggers great interest in interdisciplinary studies of the 21st century, both in the scientific and general community. Habitability investigations are purely theoretical, but with the increasing number of known planetary systems, their application becomes possible for specific cases. Modelling the seven planets of the TRAPPIST-1 system discovered in the beginning of 2017, and taking into account new physical processes (for example the effects of stellar wind, or tidal heating), may result in a more realistic description of exoplanets that are considered to be the most habitable ones. In addition, current and upcoming missions will find new exoplanetary systems, and their detailed modelling will be an important task to reveal their astrobiological potential.
The importance of the field is highlighted by the fact that the European Space Agency (ESA) has selected its third space telescope in a row for exoplanet observations (decisions made in 2012: CHEOPS; 2014: PLATO; and ARIEL in 2018). The host institute of this project is a collaborating partner in all three space missions, and exoplanetary research will be one of the leading research areas in Hungarian astronomy in the next decade. After launching CHEOPS in 2019 and PLATO in 2026, ARIEL is expected to start its operations in 2028 and it aims to study exoplanetary atmospheres in the infrared spectrum. The investigations of this proposal may also help in target selection for upcoming space-based missions and ground-based giant telescopes, hence the results of the theoretical work may directly be applied in observations.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Twenty years ago the research of planets orbiting other stars (i.e. extra-solar planets, or exoplanets for short) had started. By the 2010s, the discovery rate increased in such a high rate that attention shifted from observations towards the detailed characterization of exoplanets. Habitability investigations are especially interesting, by finding Earth-like environments and establishing astrobiology research focusing on far-away worlds outside the Solar System. The discovery of seven roughly Earth-sized planets around the TRAPPIST-1 ultracool dwarf star marks a new era in exoplanetary research. The habitability of these planets, however, is still an open question, since ultracool dwarfs are among the most active stars, producing strong and frequent flares and high energy radiation which may destroy the planetary atmosphere and consequently, life. The investigations of this project will deepen our knowledge on the habitability of planets around ultracool dwarf stars, especially by finding those conditions which may support the appearance and evolution of life. As a continuation and enhancement of her PhD research, the applicant will carry out projects that are closely related to the background question of habitable exoplanets. In the next decade, the host institute will be a collaborating partner of three new exoplanetary space missions (CHEOPS, PLATO, ARIEL), and for this reason, the groundwork of theoretical researches is essential, to which this project provides support.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
