detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 vlt, eso, xile 2m1207 nana...
TRANSCRIPT
Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions
Carme Jordi
Dept. Astronomia i Meteorologia Institut de Ciències del Cosmos
Institut d’Estudis Espacials de Catalunya
6 març 2015 Un matí d’astrobiologia a la UB
El nostre sistema solar
Fsol
Fjup
Des de α-Cen a 4,5 anys-llum (1,3 pc) 4 arcsec Des de 100 pc (326 anys-llum) 52 mas
El nostre sistema solar
~ 1010 difícils d’observar
5,2 UA
Sol
Júpiter
Temperatures molt més baixes que les estrelles IR
30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207
Nana marró
planeta
primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR)
4 MJ 1000 oC
Imatge directa
2008, IR-ESO b Pictoris 1980’s disc pols
planeta gegant distància Saturn
Imatge directa
2008
Primera imatge d’un sistema planetari múltiple Telescopi 10m Keck, Hawai, IR
1,5 MSol
distància Neptú
Mètodes de detecció de planetes
Centre de masses
M* r* = mp rp Msol = 333 000 mT mJ = 318 mT rT ~ 1 UA rJ ~ 5,2 UA rsol~rJ/1000 ~ 0,005 UA
rsol~rT/333 000 3a Llei Kepler: Júpiter: 11,5 anys Terra: 1 any
Detecció indirecta: efectes dinàmics
Centre de masses
Observació
Astrometria: canvi coordenades celestes
Moviment de les estrelles isolades
Estrella: Distància al Sol = 50 pc = 163 anys-llum Moviment de l’estrella: 50 mas/any Planeta: massa = 15 MJ
e=0,2 a= 0,6 UA Efecte planeta magnificat un factor 30
Senyal astromètric del planeta
Calen precisions de mas ! Limitats a estrelles properes
DE0823-49b
Perryman et al (2014, ApJ 797,14) Sahlmann et al (2013, A&A 556, A133)
Detecció astromètrica
Ga
Perryman et al (2014, ApJ 797,14)
Detecció astromètrica
21 000 planetes de 1-15MJ de llarg període fins 500 pc amb 5 ays 70 000 planestes si 10 anys
Gaia
Centre de masses
Observació
Espectroscòpia: Moviment d’acostament i allunyament
m* v* = mp vp
Sol - Júpiter vsol ~ 13 m/s
Sol - Terra vsol ~ 9 cm/s
Cal alta resolució !! Estrelles brillants
NAAP Astronomy Labs: Simulacions: http://astro.unl.edu/naap/esp/esp.html
6 octubre 1995, Mayor i Queloz Primer planeta entorn d’una estrella com ara el Sol Observatori Alta Provença 51 Peg b
0,5 MJ 4,23 dies
51 Peg b
5,2 UA
0,052 UA
Senyal espectroscòpic del planeta
Període
Amplitud
Observacions: 𝑃, 𝑒, 𝜔, 𝑣∗ sin 𝑖
c.d.m: 𝑀∗𝑣∗ = 𝑚𝑝𝑣𝑝 3a. Llei Kepler: 𝐺 𝑀∗ + 𝑚𝑝 =4𝜋2
𝑃2 𝑟∗ + 𝑟𝑝3
propietats estrella 𝑀∗ La combinació permet deduir 𝑚𝑝 sin 𝑖 → 𝟐𝒎𝒑𝒔𝒊𝒏 𝒊 ≥ 𝒎𝒑 ≥ 𝒎𝒑 𝒔𝒊𝒏 𝒊
Forma: • excentricitat • orientació
HARPS: High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher 3,6m ESO-Xile 30 cm/s HARPS-N: 3,6m TNG, La Palma Basats en ELODIE i CORALIE
HIRES: High Resolution Echelle Spectrometer 10m Keck Hawai 1 m/s
ESPRESSO, 8,2m VLT ESO-Xile < 10 cm/s
CARMENES, 3,5m CAHA 10 m/s a l’IR
1992: Wolszczan i Frail Tres planetes entorn del púlsar PSR B1257+12
Timing: pulsars
NN Ser: Beuermann et al (2010)
Mètodes de detecció de planetes
Trànsits
7 maig 2003: Mercuri davant Sol
1999: HD209458 b primer trànsit planetari observat (Chrabonneau et al, 2000)
0,69 MJ 1,4 RJ planeta gegant
Observacions: P, e, i, 𝑟𝑝
𝑎
3a. Llei Kepler: 𝐺 𝑀∗ + 𝑚𝑝 =4𝜋2
𝑃2 𝑎3
propietats estrella 𝑀∗ assumint 𝑚𝑝 ≪ 𝑀∗ 𝑎
La combinació permet deduir 𝑟𝑝 Si també 𝑚𝑝 densitat
PROFUNDITAT 𝑟𝑝
𝑅∗
DURADA : 𝑟𝑝
𝑎 ,
𝑅∗
𝑎
gasós aigua rocós
25x
PLATO (2024, ESA)
CoRoT (2006, França, ESA, ...)
TESS (2017-2019, NASA, tot el cel)
KEPLER (2009-2013), K2
Kepler (Març/2009-
Maig/2013), Kepler 2 Observació quasi contínua d’unes zones de cel
Primeres corbes de llum
~ 1000 exoplanetes confirmats en 440 sistemes planetaris
Mètodes de detecció de planetes
lent gravitatòria
objecte al darrera
(estrella)
observador
Microlents gravitatòries
lent gravitatòria
objecte al darrera
(estrella)
observador Imatge creada
(estrella)
Microlents gravitatòries
OGLE 2003-BLG-235 Bond et al (2004)
Terra
GJ 1214 b Neptú
Inventari d’exoplanetes
Enciclopèdia d’Exoplanetes: http://exoplanets.eu
confirmats
descartats
Gl 581
Kepler 10 b
CoRoT-7b
Inventari d’exoplanetes
Massa vs semieix òrbita
Massa vs Radi
Resum
• Descobriment de nous planetes cada dia • Detectats aprox. 1900 planetes (molt diversos) • 480 sistemes planetaris múltiples (molt diversos) • Comencem a tenir força estadística, encara que esbiaixada
per les tècniques de detecció • Discos protoplanetaris • 50% de les estrelles tenen algun planeta • Molts sistemes planetaris • 20% de les estrelles tipus Sol tenen planetes de la mida de
la Terra a la zona habitable • Planetes també orbiten nanes blanques, nanes marrons,
púlsars, estrelles binàries, ...
Futur
• Empènyer els límits observacionals cap a masses menors (terres al voltant de sols)
• Cerca de planetes a la zona habitable (estrelles fredes)
• Caracteritzar físicament els planetes (composició,
temperatura, densitat, gravetat, ...)
• Continuar la cerca sistemàtica per augmentar l’estadística
HL Tau Nov 2014: ALMA , ESO edat < 1 Myr
Gràcies