Holen Sie sich die Umlaufzeit des Exoplaneten aus der Lichtkurve mit astropy.timeseries

Ich verwende Astropie und möchte die Umlaufzeit eines Exoplaneten anhand der Lichtkurve seines Sterns berechnen. Ich folge dem Tutorial in Astropy Docs und verwende Daten von Kepler im Nasa Exoplanet Archive .

Es gibt KIC 10666592 b(voraussichtlicher Zeitraum: 2,2 d) im Tutorial, es funktioniert bei mir. Aber wenn ich einen anderen Planeten versuche (zB KIC 10000941 b(erwarteter Zeitraum: 3.5047 d)), gibt es schlechte Ergebnisse.

Lichtkurve laden und zeichnen

from astropy.utils.data import get_pkg_data_filename, download_file
from astropy.timeseries import TimeSeries, BoxLeastSquares
from matplotlib import pyplot as plt
import numpy as np
from astropy import units as u

# First url is for KIC 10666592, the second one is for KIC 10000941 b.
URL = "http://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu:80/data/ETSS//Kepler/005/755/19/kplr010666592-2009131110544_slc.fits"
#URL = "http://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu:80/data/ETSS//Kepler/005/159/31/kplr010000941-2009166043257_llc.fits"

filename = get_pkg_data_filename(download_file(URL))
curve = TimeSeries.read(filename, format="kepler.fits")  

plt.plot(curve.time.jd, curve["sap_flux"], "k.", markersize=1)

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Periodogramm anwenden

periodogram = BoxLeastSquares.from_timeseries(curve, "sap_flux")  
results = periodogram.autopower(0.2 * u.day)  

plt.plot(results.period, results.power)

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Umlaufzeit berechnen

best = np.argmax(results.power)
period = results.period[best]
print(period)

KIC 10666592 b KIC 10000941 b Berechneter Zeitraum 2.2055172 d 13.595231 d Erwarteter Zeitraum 2,2 d 3,5047 d Ergebnis C Ö R R e C T ICH N C Ö R R e C T

Warum ist die Periode für den zweiten Planeten falsch? Ich mache etwas falsch? Wie komme ich zum richtigen Ergebnis?

Antworten (2)

Die zweite Lichtkurve, die Sie zeigen, weist kein offensichtliches periodisches Verhalten auf, und ich kann keine Anzeichen eines Planetentransits erkennen. Der Periodenfindungsalgorithmus scheint korrekt zu funktionieren.

Der Planet (falls vorhanden) soll einer der kleinsten von Kepler gefundenen Planetenkandidaten sein und einen kaum nachweisbaren Transit haben (Ordnungstiefe 0,004%). Die kleinen Lichtkurvenvariationen, die Sie sehen, stammen entweder vom Stern oder von verbleibenden instrumentellen Artefakten. Wenn Sie die von Morton et al. (2016) , die keine Lichtkurven zeigen, müssen Sie erheblich mehr Arbeit leisten, um die andere Variabilität in der Lichtkurve zu "enttrenden".

Ich denke, Sie sehen den Planeten im Periodogramm! Aber auch ein anderes Signal - höhere Harmonische anderer periodischer Signale

https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cycleBeispiel - verschiedene periodische Signale in unserer Sonne - mit einer charakteristischen Periode von 11 Jahren (in der unteren Tafel sehen Sie auch die der Erde, da dies ein lokales Maß ist und daher hauptsächlich von unserer Entfernung von der Sonne beeinflusst wird)

Muster stellarer Aktivität haben oft eine lange Periodizitätsfrequenz – Sternflecken auf unserer Sonne sind ein großartiges Beispiel – und Sie können hier die höheren Harmonischen dieser Signale sehen – sie haben oft Amplituden, die viel größer sind als das planetare Signal und sind oft dafür verantwortlich Grundrauschen* des Systems

*das Signal mit der kleinsten Amplitude, das wir aus der Lichtkurve herauslesen konnten

Wenn Sie tatsächlich das Periodogramm-Signal des Planeten abrufen wollten, könnten Sie darüber nachdenken, dieses Rauschen zu schätzen und es zu subtrahieren

eine Skizze des Effekts - jeder Hügel ist eine Harmonische (ungefähr S ich N C 2 ) Peak - beabstandet wie Berge, die in die Ferne rücken. Beachten Sie, dass in einem Periodogramm der Fehler in der Leistung mit der Periode für einen Datensatz endlicher Länge zunimmt - es wird eine kleinere Anzahl dieser Perioden beobachtet - und daher sind es die nächstgelegenen Spitzen, die am schwierigsten aufzulösen sind.

Dies sind genau die Art von Spitzen, die Sie auf dem Planeten aufgreifen, für die der Prozess funktioniert – Sie haben die Spitze bei 2,2 Tagen, aber auch jeweils 1,1 (=2,2/2), ~0,7 (=2,2/3) und darunter mit weniger Leistung - aber auch andere periodische Signale, die dasselbe tun und die anderen Spitzen geben. Sie können Planeten sein oder auch nicht (z. B. können sie Ansammlungen von Sternflecken sein), aber sie sind echte Signale, die im Stern (oder einem anderen Objekt im Bild) vor sich gehen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Unten sehen Sie ein Beispiel für die Auswirkung der Änderung des Beobachtungsfehlers (Zeilen) und der Anzahl der Datenpunkte (Spalten) in Scheindaten.

https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019MNRAS.488.4181P/abstractAbbildung aus diesem Papier

Also zusammenfassend - Sie machen nichts falsch, der Planet ist nur klein und es gibt viel Lärm. Wenn Sie wirklich bis zum Planetensignal vordringen wollen, müssen Sie dieses Rauschen entfernen – keine leichte Aufgabe, aber eine interessante und scheinbar mögliche.

Vielleicht möchten Sie auch PDCSAP Flux (anstelle von SAP) ausprobieren - die genauen Details sind etwas geheimnisvoll, aber es konzentriert sich hauptsächlich auf das Entfernen von teleskopbasierten Systematik und sollte das Planetensignal nicht beeinflussen (kann es aber in einigen Randfällen wahrscheinlich).