Study of exoplanetary systems via transit timing variations -- Multisite photometric follow-up of Kepler targets using middle-class telescopes around the world
Final Report Abstract
Das Kepler Space Telescope hat während seiner vierjährigen Beobachtungsmission tausende von potenziellen Exoplaneten entdeckt, indem es die Transit-Methode nutzte. Um einen Kandidaten als Planeten zu bestätigen, ist es notwendig, zumindest eine Obergrenze für seine Masse zu bestimmen. Insbesondere bei Mehrfachsystemen hat sich die Messung der Transit Timing Variation (TTV) als effektive Methode erwiesen. Diese kann allein aus den photometrischen Daten der Kepler-Mission gewonnen werden, ohne aufwändige Nachbeobachtungen durch Radialgeschwindigkeitsmessungen. Die Kepler-Mission musste aufgrund technischer Probleme vorzeitig beendet werden, wodurch viele Kandidaten mit TTVs auf langen Zeitskalen existieren, die ohne weitere Nachbeobachtung nicht analysiert werden können. Die Lösung dieses Problems war das Ziel dieses Projekts. Wir haben dazu KOINet ins Leben gerufen. KOINet ist ein weltweites Netzwerk von zwanzig Teleskopen, das von uns geleitet wird und über alle Längengrade verteilt ist. Ziel dieses Netzwerks war es, Kepler-Kandidaten photometrisch weiter zu beobachten. Besonders wichtig war dabei die Verfügbarkeit größerer Teleskope, die eine hohe photometrische Präzision ermöglichen und somit auch flache Transits kleiner Planeten sicherstellen. Durch die Verteilung über die Längengrade von China bis zu den USA sollten lange Transits nahezu kontinuierlich und zu jeder Zeit beobachten werden. Simulationen vor Projektbeginn haben nahegelegt, dass die erreichbare Genauigkeit der TTV- Messungen vergleichbar mit der des Kepler-Satelliten sein sollte. KOINet hatte somit das Potenzial, den einzigartigen Datensatz der Kepler-Mission weiter auszuwerten und Erkenntnisse zu gewinnen, die sonst aufgrund des vorzeitigen Endes verloren gehen würden. Unser Projektziel war es, TTVs von ausgewählten Systemen weiter zu beobachten, um 1) die Planetenkandidaten zu bestätigen oder abzulehnen, 2) die physikalischen Parameter der bestätigten Planeten und Planetensysteme so genau wie möglich zu bestimmen und 3) Eigenschaften von weiteren, nicht-transitierenden Planeten einzugrenzen. Das Projekt hat gezeigt, dass die kombinierte Datenanalyse von sehr heterogenen Daten deutlich aufwändiger war, als ursprünglich erwartet. Eine detaillierte Analyse von TTVs war daher in der Projektlaufzeit für zwei Planetensysteme machbar, für Kepler 9 und Kepler 82. Die Analyse von Kepler 9 hat eine sehr präzise Bestimmung der Planetenmassen und –radien erlaub. Außerdem hat sich ergeben, dass die Bahn eines der Planeten in etwa 30 Jahre durch die gegenseitige Wechselwirkung soweit verkippt sein wird, dass kein Transit mehr beobachtbar sein wird. Im Planetensystem von Kepler 82 konnte ein fünfter Planet allein aufgrund der Wechselwirkung mit den anderen Planeten nachgewiesen werden. Im Rahmen des Projekts wurde zudem ein optischer Diffusor für das Nordic Optical Telescope in La Palma entwickelt, der eine deutliche Verbesserung der Messgenauigkeit bei bodengebundenen Transit-Beobachtungen erlaubt.
Publications
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Kepler Object of Interest Network. Astronomy & Astrophysics, 615, A79.
von Essen, C.; Ofir, A.; Dreizler, S.; Agol, E.; Freudenthal, J.; Hernández, J.; Wedemeyer, S.; Parkash, V.; Deeg, H. J.; Hoyer, S.; Morris, B. M.; Becker, A. C.; Sun, L.; Gu, S. H.; Herrero, E.; Tal-Or, L.; Poppenhaeger, K.; Mallonn, M.; Albrecht, S. ... & Wang, X.
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Kepler Object of Interest Network. Astronomy & Astrophysics, 618, A41.
Freudenthal, J.; von Essen, C.; Dreizler, S.; Wedemeyer, S.; Agol, E.; Morris, B. M.; Becker, A. C.; Mallonn, M.; Hoyer, S.; Ofir, A.; Tal-Or, L.; Deeg, H. J.; Herrero, E.; Ribas, I.; Khalafinejad, S.; Hernández, J. & Rodríguez, S. M. M.
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VizieR Online Data Catalog: KOINet. Study of exoplanet systems via TTVs (von Essen+, 2018)
von Essen, C.; Ofir, A.; Dreizler, S.; Agol, E.; Freudenthal, J.; Hernández, J.; Wedemeyer, S.; Parkash, V.; Deeg, H. J.; Hoyer, S.; Morris, B. M.; Becker, A. C.; Sun, L.; Gu, S. H.; Herrero, E.; Tal-Or, L.; Poppenhaeger, K.; Mallonn, M.; Albrecht, S. ... & Wang, X.
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VizieR Online Data Catalog: Photometry of Kepler-9b and c transits (Freudenthal+, 2018)
Freudenthal, J.; von Essen, C.; Dreizler, S.; Wedemeyer, S.; Agol, E.; Morris, B. M.; Becker, A. C.; Mallonn, M.; Hoyer, S.; Ofir, A.; Tal-Or, L.; Deeg, H. J.; Herrero, E.; Ribas, I.; Khalafinejad, S.; Hernández, J. & Rodríguez S. M. M.
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First light of engineered diffusers at the Nordic Optical Telescope reveal time variability of the optical eclipse depth of WASP-12b. Astronomy & Astrophysics, 628, A115.
von Essen, C.; Stefansson, G.; Mallonn, M.; Pursimo, T.; Djupvik, A. A.; Mahadevan, S.; Kjeldsen, H.; Freudenthal, J. & Dreizler, S.
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Kepler Object of Interest Network. Astronomy & Astrophysics, 628, A108.
Freudenthal, J.; von Essen, C.; Ofir, A.; Dreizler, S.; Agol, E.; Wedemeyer, S.; Morris, B. M.; Becker, A. C.; Deeg, H. J.; Hoyer, S.; Mallonn, M.; Poppenhaeger, K.; Herrero, E.; Ribas, I.; Boumis, P. & Liakos, A.
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VizieR Online Data Catalog: Photometry of Kepler-82b and c transits (Freudenthal+, 2019)
Freudenthal, J.; von Essen, C.; Ofir, A.; Dreizler, S.; Agol, E.; Wedemeyer, S.; Morris, B. M.; Becker, A. C.; Deeg, H. J.; Hoyer, S.; Mallonn, M.; Poppenhaeger, K.; Herrero, E.; Ribas, I.; Boumis, P. & Liakos, A.
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VizieR Online Data Catalog: WASP-12, CoRoT- 1 and TrES-3 light curves (von Essen+, 2019)
von Essen, C.; Stefansson, G.; Mallonn, M.; Pursimo, T.; Djupvik, A. A.; Mahadevan, S.; Kjeldsen, H.; Freudenthal, J. & Dreizler, S.
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Follow-up and dynamical analysis of Kepler targets with transit timing variations. University Goettingen Repository.
Freudenthal, Jantje
