Estimating properties of WASP-121b

Abstract

Since the first discovery of exoplanets, they have been one of the main interests in contemporary astrophysics, with over 5000 confirmed today. One of the current goals is linking the chemical composition of their atmospheres to their formation by modelling the expected abundances for different formation conditions and comparing them to observations. These models require that the parameters of the host star and exoplanet in question are well known, with the goal of my thesis being to improve the accuracy of such parameters for the WASP-121 system, specifically for the exoplanet WASP-121b. This was achieved by fitting transit light curves from TESS and EulerCam, and radial velocity measurements from ESPRESSO, CORALIE, and HARPS. These were both fitted first separately and then in a joint fit, with Gaussian processes used to remove trends and fluctuations from the light curve datasets. The final results from the joint fit showed improved uncertainties for some parameters, such as the planet-to-star radius ratio, but overall the values had similar uncertainty to those found by Bourrier et al. (2020). The causes for this are believed to be either the two bluer transits from EulerCam that were included, or a lack of points when fitting, resulting in some parameters not converging. Additional future improvements for the project would be adding additional TESS and ESPRESSO data now available. However, since some parameters have improved uncertainty they can be used for future studies of the WASP-121 system.

Popular Abstract (Swedish)

Vad vet vi om exoplaneter?

Studien av planeter har fascinerat mänskligheten sedan för de gamla grekerna, där deras rörelse över himlen representerade allt från gudar till ändringen av säsonger. Vår förståelse för de andra världar i vårt sol system, från gas jätten Jupiter, till de steniga ytan av Mars, har bara förbättrats med tiden. Detta är mest noterbart i det senaste århundrade, med flertal satelliter utskickade mot planeterna och deras månar. Dock, planeter som kretsar omkring en stjärna är inte ett fenomen unikt till vårt sol system. Sådana planeter, kretsande omkring andra stjärnor än solen, kallas exoplaneter, och tills deras första upptäckt i 1992 var det diskuterat om de ens existerade. Detta var dock bara den första att hittas, och inom 30år hade över 5000 exoplanet system, vissa med flera exoplaneter is sig, upptäckts. Dock, att hitta exoplaneter är inte längre det ända målet i fältet. Detektion av exoplaneter är oftast gjort genom transitmetoden eller radialhastighetsmetoden. Transitmetoden metoden observerar minskningen i det totala ljuset från värdstjärnan när exoplaneten rör sig mellan den och jorden. Detta kräver extra modellering för fenomen som att stjärnors sidor lyser svagare än deras center. Radialhastighetsmetoden observerar Dopplereffekten från att sjärnar roterar omkring dess och exoplaneters gemensamma mass centrum. Dopplereffekten är ändringen i våglängd beroende på om källan rör sig emot eller iväg från observeraren. Dock, även om vi hittar exoplaneter, vad kan vi lära oss om dem?

Ett huvudmål i exoplanet vetenskap är att koppla den kemiska kompositionen av exoplaneters atmosfärer till deras formation. Detta är gjort genom modellera den förväntade atmosfären för olika formation scenario och jämföra med observationer. Detta kräver både korrekt data och väldefinierad parametrar för stjärnan och exoplaneten. Sådan data är ofta i formen av ljuskurvor, vilket är mätningar på stjärnans utskickade ljus, eller radiala hastigheter, vilket är mätningar på stjärnas hastighet mot jorden. Parametrarna är istället estimerade genom att göra en model med den observerade datan, vilket är syftet med detta projekt.

Målet med min avhandling är att beräkna parametrarna för exoplaneten WASP-121b för att minska deras osäkerhet. WASP-121b är en varm Jupiter, vilket är en Jupiter liknande planet väldigt nära sin stjärna. Dess period är endast lite mer än en dag. Som referense har Merkurius, planeten närmast solen, en period av 88 dagar, vilket ger WASP-121b en temperatur av över 2000K. Värdstjärnan WASP-121 är väldigt lik våran Sol, men lite större och ljusare. Egenskaperna av planet kommer jag bestämma genom att använda ljuscurvor och raidala hastighets mätningar. I sammanfattning, över 5000 exoplanet system har upptäckts idag och en av huvudmålen är att koppla den kemiska komposition av deras atmosfärer till deras formation. Detta kräver både bra data och väldefinierad parametrar med små osäkerheter. Målet med min avhandling är att minska osäkerheten av dessa parametrar för exoplaneten WASP-121b.

• author: Stråhlén, Alex
• supervisor: Jens Hoeijmakers; Bibiana Prinoth
• organization: Department of Physics; Astrophysics
• course: FYSK04 20251
• year: 2025
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Physics and Astronomy
• keywords: WASP-121b Exoplanet
• report number: 2025-EXA243
• other publication id: 2025-EXA243
• language: English
• id: 9199342
• date added to LUP: 2025-06-18 12:01:44
• date last changed: 2025-06-18 12:01:44