A photometric study of transiting extrasolar planets [Elektronische Ressource] / put forward by Nikolay Krasimirov Nikolov

A Photometric StudyofTransiting Extrasolar PlanetsNikolay Krasimirov NikolovMax-Planck-Institut fu¨r AstronomieDissertation in Astronomysubmitted to theCombined Faculties for the Natural Sciences and for Mathematicsof the Ruperto-Carola University of Heidelberg, Germany.for the degree ofDoctor of Natural SciencesPut forward fyMASTER PHYS.NIKOLAYKRASIMIROVNIKOLOVborn in: Sevlievo (Bulgaria)thOral examination: April 13 , 2011A Photometric StudyofTransiting Extrasolar PlanetsReferees: Prof. Dr. Thomas HenningProf. Dr. Joachim WambsganssiEin Photometrisches Studium Extrasolarer TransitplanetenIn dieser Dissertation pr¨asentiere ich Beobachtungsmethoden um extrasolare Transitplaneten zudetektieren und zu charakterisieren. Ich untersuche die ha¨ufigsten F¨alle von Fehlidentifikationen, diedurcherdgebundenephotometrischeSurveysidentifiziertwurden. IchimplementiereundtestedreirobusteMethoden fu¨r die Pan-Planets pipeline um Fehlidentifikationen zu identifizieren. Diese basiert auf derBewertung der out-of-eclipse ellipsoiden Variabilita¨t, Besctimmung der astrophysikalischen Parameterdurch einen Fit des Transits und Exoplanetendiagnostik (η), d.h. der Analyse der Morphologie ihrerTransitlichtkurven. Ich stelle meine Ergebnisse von systematischen Tests der Pipeline mit Hilfe vonOGLE-Daten, Pan-PlanetsSimulationen und besta¨tigten Transit-Exoplaneten dar.
Publié le : samedi 1 janvier 2011
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A Photometric Study
of
Transiting Extrasolar Planets
Nikolay Krasimirov Nikolov
Max-Planck-Institut fu¨r AstronomieDissertation in Astronomy
submitted to the
Combined Faculties for the Natural Sciences and for Mathematics
of the Ruperto-Carola University of Heidelberg, Germany.
for the degree of
Doctor of Natural Sciences
Put forward fy
MASTER PHYS.NIKOLAYKRASIMIROVNIKOLOV
born in: Sevlievo (Bulgaria)
thOral examination: April 13 , 2011A Photometric Study
of
Transiting Extrasolar Planets
Referees: Prof. Dr. Thomas Henning
Prof. Dr. Joachim Wambsganssi
Ein Photometrisches Studium Extrasolarer Transitplaneten
In dieser Dissertation pr¨asentiere ich Beobachtungsmethoden um extrasolare Transitplaneten zu
detektieren und zu charakterisieren. Ich untersuche die ha¨ufigsten F¨alle von Fehlidentifikationen, die
durcherdgebundenephotometrischeSurveysidentifiziertwurden. Ichimplementiereundtestedreirobuste
Methoden fu¨r die Pan-Planets pipeline um Fehlidentifikationen zu identifizieren. Diese basiert auf der
Bewertung der out-of-eclipse ellipsoiden Variabilita¨t, Besctimmung der astrophysikalischen Parameter
durch einen Fit des Transits und Exoplanetendiagnostik (η), d.h. der Analyse der Morphologie ihrer
Transitlichtkurven. Ich stelle meine Ergebnisse von systematischen Tests der Pipeline mit Hilfe von
OGLE-Daten, Pan-PlanetsSimulationen und besta¨tigten Transit-Exoplaneten dar. Ich besta¨tige die erste
Methode als die zuverl¨assigste um transitartige Ereignisse durch bin¨are Sternsysteme auszuschliessen.
Weiterhin pr¨asentiere ich Ergebnisse einer photometrischen Analyse von Daten, die mit dem LAIWO
Instrument am 1-m Teleskop der WISE Observatorium aufgenommen wurden. Ich untersuche die
notwendigenMethoden um LichtkurvenhoherQualita¨tim Millimagnitudenbereichbis hinunterzu R=16
mag zu erhalten. Ich fu¨hre ein Suche nach periodischen Transitereignissen(1 2%) und variablen Sternen
durch und identifiziere 22 Transitkandidaten sowie 20 periodisch variable Sterne. Eine Analyse von
photometrischen Farben, ellipsoider Variabilita¨t und Exoplanetendiagnostik legt nahe, dass zwischen null
und zwei der Lichtkurven durch Exoplaneten erzeugt wurden. Desweiteren empfehle ich eine Follow-up
Strategie fu¨r deren Besta¨tigung.
Schliesslich analysiereich Multiband optische und nah-infrarotePhotometrie vonWASP 4 mit hohen
Signal-zu-Rauschen Verha¨ltnis von drei Transits eines Exoplaneten. Die Daten wurden mit den GROND
Instrument des ESO/MPG 2.2-m Teleskop des La Silla Observatoriums aufgenommen. Ich erstelle
und analysiere die Lichtkurven und vermesse den Planetenradius, die Periode des Orbits, die grosse
HalbachsesowiedieInklinationgemeinsammit derZeitdesTransits. EineAnalysederWASP 4bTransit
Ephemeriden bestimmt aus den Ergebnissen, besta¨tigt das Fehlen von Variationen der Zeiten des Transits
(TTVs).
A Photometric Study of Transiting Extrasolar Planets
In this thesis I present observational methods to detect and characterize transiting extrasolar planets.
I study the most common types of astrophysical false positives, identified by ground based photometric
transit surveys. I implement and test three robust methods for the Pan-Planets pipeline to classify false
alarms, based on the transit light curve morphology: evaluation of out-of-eclipse ellipsoidal variability;
determination ofastrophysicalparametersfrom atransit fit; andexoplanet diagnostic(η). I obtain results
from systematic tests of the pipeline using data from OGLE, Pan-Planets simulations and confirmed
transiting exoplanets. I confirm the first method as most reliable in ruling out transit-like events due to
stellar binaries.
I further, present results from a photometric analysis of data obtained with LAIWO at the 1-m
telescope at Wise Observatory. I study the necessary methods to obtain high quality light curves at
the millimagnitude level down to R = 16 mag. I perform a search for periodic transit events (1 2%)
and variable stars and identify 22 transit candidates as well as 20 periodic variables. An analysis of the
photometriccolors, ellipsoidalvariabilityand the exoplanetdiagnosticsuggeststhat between zeroand two
of the light curves should be produced by exoplanets. Furthermore, I propose a follow-up scheme for their
confirmation.
Finally, I obtain high signal-to-noise ratio simultaneous multi-band optical/NIR photometry of
WASP 4, during three transits of its exoplanet, with the GROND instrument at the ESO/MPG 2.2-
m telescope at La Silla Observatory. I produce and analyze its light curves and measure the planet
radius,orbitalperiod, semimajoraxisandinclinationinconjunction withastudyofthe transitmid-times.
An analysis of WASP-4b transit ephemeris, derived from the results, confirms the lack of transit timing
variations (TTVs).iii
This thesis is dedicated to my family

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