Astronomia: els secrets de l’Univers -...

Astronomia: els secrets de l’Univers Planetes extrasolars

Xavier Luri Departament de Física Quàntica i Astrofísica. Universitat de Barcelona

Material circumestel·lar: l’origen dels planetes

Disc protoplanetari

HL Tau: observacions VLA

Cinturó de kuiper (sistema solar)

Núvol d’Oort (sistema solar) 50.000 UA

Preguntes que no hem pogut respondre fins fa molt poc

Hi ha altres planetes fora del Sistema Solar? 1995: Primer exoplaneta al voltant d’una estrella com el Sol

És el Sistema Solar l’únic sistema de planetes? 1999: Primer sistema planetari múltiple en una estrella com el Sol

Tenen atmosfera els exoplanetes? 2001: Primer detecció d’atmosfera exoplanetària

Tenen aigua els exoplanetes? 2007: Vapor d’aigua detectat en una atmosfera exoplanetària

Hi ha planetes com la Terra fora del Sistema Solar? 2009: Detecció del primer planeta rocós

Hi ha vida fora de la Terra?

Enciclopèdia dels planetes extrasolars (http://exoplanet.eu)

Actualització 3 de Maig 2016 2116 planetes 512 sistemes múltiples Métode: • Trànsits 1309 planetes • Velocitat radial 666 planetes • Imatge directa 65 planetes • Microlent 46 planetes • Per temps (“timing”) 23 planetes • Variacions del temps de trànsit 8 planetes • Astrometria 1 planetes

Moviment de l’estrella

L’estrella i el planeta giren al voltant del seu centre de masses comú. Quan més massiu i proper sigui el planeta més evident és aquest moviment. El planeta no es veu, però l’estrella sí. Com podríem saber que l’estrella es mou?

Primer exoplaneta • Descobert l’any 1992. • Al voltant del púlsar PSR 1257+12 . • Descobert amb el radiotelescopi d’Arecibo. El púlsar tenia variacions en el seu període. • 980 anys-llum de distància de nosaltres • Sistema de 3-4 planetes • 2-3 Masses de la Terra (residus rocosos de planetes gasosos després de la supernova?)

Primer exoplaneta al voltant d’un Sol

51 Pegasi b (Belerofonte) M. Mayor & D. Queloz (1995) Estrella: 50 anys-llum, m=5.5 mag 1.06 MS, SpT=G2IV-G4V Planeta: M > 150 MT = 0.47 MJ d=0.05 UA (dMerc=0.4 UA) “Júpiters calents” “Migració planetària” Mètode velocitats radials

Un planeta amb la massa de Júpiter més a prop que Mercuri

Efecte Doppler

Primer exoplaneta al voltant d’un Sol

51 Pegasi b (Belerofonte) M. Mayor & D. Queloz (1995) Estrella: 50 anys-llum, m=5.5 mag 1.06 MS, SpT=G2IV-G4V Planeta: M > 150 MT = 0.47 MJ d=0.05 UA (dMerc=0.4 UA) “Júpiters calents” “Migració planetària” Mètode velocitats radials

Un planeta amb la massa de Júpiter més a prop que Mercuri

Primer Sistema Planetari Upsilon Andromedae G. Marcy & R. Butler Mètode velocitats radials b (1996), c i d (1999), e (2010) Estrella: Binària (700 UA), 44 anys-llum, m=4.1 mag, 1.28 MS, SpT=F8V Planetes: M > 0.68, 1.97, 3.93 i 1.06 MJ dist=0.06, 0.83, 2.54 i 5.25 UA El planeta “d” en el seu periheli entra a la zona d’habitabilitat del planeta Vida a les seves llunes?

Zona d’habitabilitat

Estrelles calentes (llunyana i ampla)

Estrelles fredes (a prop i estreta)

Estrelles solars

Un planeta molt pioner HD 209458b (Osiris) Charbonneau et al (1999) (veloc rad.)

Estrella: 154 anys-llum, m=7.7 mag, 1.13 MS, SpT=G0V Planetes: M = 0.71 MJ, d=0.047 UA, P=3.5 dies

Primer detectat per trànsits (1999).

Trànsits planetaris

Trànsit de Mercuri (7/05/2003) Trànsit de Venus (6/06/2012)

Proper trànsit de Mercuri 09/05/2016

L’òrbita ha d’estar aliniada amb l’observador La durada i profunditat del trànsit ens donen informació de com de gran és el planeta, el seu periode, distància, …



Comparació de Júpiter i la Terra transitant davant del Sol



Primer detectat per trànsits (1999). Primer espectre atmosf: Na (2001), H2O, CO2, CH3 (2007) Primera exosfera (HST, 2003): Cua d’H, C i O (2·105 km ~ Ø)

Primera exosfera

Atmosferes d’exoplanetes

Atmosferes d’exoplanetes

espectre d’emissió d’un planeta



Primer detectat per trànsits (1999). Primer espectre atmosf: Na (2001), H2O, CO2, CH3 (2007) Primera exosfera (HST, 2003): Cua d’H, C i O (2·105 km ~ Ø) Llum directa restant estrella (Spitzer, 2005) Tª > 750 ºC Supertempesta (2010) amb vents=7000 km/h (∆T dia-nit)

Un supersaturn J 1407b Descobert per trànsits (2007)

Estrella: 434 anys-llum, m=12.31 mag, 0.9 MS, SpT=K5V Planeta: M = 20 MJ, d=3.9 UA, P=10.3 anys

Supersaturn: Planeta amb anells 200 vegades més grans que els de Saturn. Amb forats (llunes formant-se?) Sistema molt jove (16·106 anys) anells transitoris?

Variacions en el temps

Analisi de les variacions en el temps entre trànsit i trànsit per descobrir planetes del sistema que no causes eclipsis. Exemple: Kepler-19c (2011, P>160 dies, M<6MJ).

Imatge directa • Els planetes són molt (un milió de vegades) més febles que les estrelles al voltant de les que orbiten.

• Els planetes emeten més en l’infrarroig (sobretot si s’han acabat de formar) que en el visible.

• S’utilitzen coronògrafs per tapar la llum de l’estrella o mètodes per ‘esborrar’ l’estrella de la imatge.

• Les estrelles llunyanes a l’estrella són més fàcils de detectar.

• Només s’han pogut descobrir així uns 50 planetes.

2M1207 Primer descobert per imatge

Estrella: 170 anys-llum, m=20.15 mag, 0.025 MS, SpT=M8 Planeta: M = 3-10 MJ, R=1.5 RJ d=40 UA (molt lluny), P=1700 anys, T=1600 K Planeta girant (molt lluny) al voltant d’una nana marró Descobert imatge IR (planeta és molt calent, ØVLT = 8m)

Primera imatge directa

Primer sistema amb imatge directa

HR 8799 Primer sistema descobert per imatge IR (restant estrella)

Estrella: 129 anys-llum, m=5.96 mag, 1.5 MS, SpT=A5 Planeta: M = 5-13 MJ, R=1.1-1.2 RJ d=14-68 UA, P=50-465 anys 3 planetes (2008) + 1 més (2010) Els models de formació no poden explicar aquest sistema

Fomalhaut b Primera imatge òptica

Estrella: 25 anys-llum, m=1.16 mag, 2.1 MS, SpT=A3V Planeta: M < 3 MJ, R=1.0 RJ d=115 UA (molt lluny) P=872 anys Predit al 2005 (disc deformat i no centrat a l’estrella). Descobert al 2008 (Hubble)

Primera imatge òptica

La llum i Einstein Relativitat General

Albert Einstein (1915) • Massa i energia són equivalents.

• La llum nota la gravetat, desvia la seva trajectòria.

Microlents gravitatòries

Quan una objecte s’alinia amb un objecte llunyà el fa més brillant. Si l’objecte té un company es veu un doble augment de la llum. No importa la lluentor, només la massa. És momentani i no repetible

Microlents gravitatòries

OGLE-2005-BLG-390Lb (2005) Planeta molt poc massiu M=0.018 MJ = 5.5 MT P=10 anys, d=2.5 UA

OGLE235-MOA53 b (2003) primer planeta descobert per microlents (M=1.5 MJ)

Pertorbació del moviment d’una estrella per la presència d’un segon cos massiu. Només dos planetes observats així de moment

Astrometria DE0823-49 (Sahlman et al 2013)

• COnvection ROtation et Transits planétaires • CNES (França) + ESA • 2006-2013 (2.5 + 4 anys) • Òrbita polar (827 km) • Soyuz-Fregat des de Baikonur • Telescopi de 27 cm de diàmetre • 2 objectius: Asterosismologia + Exoplanetes

Primer planeta descobert per la missió COROT (2007)

Estrella: 1560 anys-llum, m=13.6 mag, 0.95 MS, SpT=G0V Planeta: M =1.03 MJ, R=1.49 RJ d=0.02 UA, P=1.5 dies T=1898 K Observat només tres mesos després de començar. Planeta tipus Jupiter calent (molt a prop estrella). Primer planeta en observar-se fases.

COROT-1b

Fases en un trànsit

COROT-7b

Primer planeta rocòs (2009) Estrella: 489 anys-llum, m=11.7 mag, 0.93 MS, SpT=G9V Planeta: M =4.8 MT, R=1.68 RT d=0.017 UA, P=20.5 hores T=1300-1800 K Radi trànsit + Massa veloc. radials Densitat elevada Molt a prop de l’estrella Planeta de lava Residu d’un planeta gasòs? Planeta ctònic

• NASA (2009, des de Cap Canaveral, coet Delta II) • Òrbita heliocéntrica • Trànsits (Ø = 95 cm) • Observa només una regió del cel (145000 estrelles) • Al 2013 van fallar els giroscopis (per apuntar) • Extensió K2 utilitzant la pressió del vent solar

Primers planetes de mida comparable a la Terra (2011)

Sistema Kepler 37

Les estadístiques de Kepler mostren que… (Fressin et al. 2013)

• 2% de les estrelles tenen Júpiters • 22% de les estrelles tenen Neptuns • 20% de les estrelles tenen superterres • 16% de les estrelles tenen Terres

El 50% de les estrelles tenen

planetes

Els sistemes planetaris són molt comuns

Sistema Solar

Kepler té 4175 exoplanetes candidats i 1019 confirmats (8 Març 2015)

Mayor et al (2014)

Lila: Sistema solar Blau: Veloc. Radials Verd: Trànsits Taronja: Microlents Vermell: Imatge directa

La zona d’habitabilitat

Semblança amb la Terra (Radi, densitat, veloc. Escapament, Temperatura)

http://100yss.org/ (DARPA, NASA, …)

http://100yss.org/�

Moltes gracies per la seva atenció

Astronomia: els secrets de l’Univers -...

Documents

Transcript of Astronomia: els secrets de l’Univers -...