Extrasol á r ne planéty

1. Extrasolárneplanéty Veronika Kažimirová

2. Čo je teda planéta ? Definícia planéty (Medzinárodná Astronomická únia): ”planéta je teleso s hmotnosťou väčšou ako je hmotnosť Pluta ale menšou ako 15 hmotností Jupitera, toto teleso obieha okolo telesa produkujúceho energiu jadrovými reakciami”

3. Objavy prvých extrasolárnych planét

4. Objavu extrasolárnych planét predchádzalo veľké množstvo falošných detekcií, zvyčajne sa jedná o dvojhviezdy alebo viacnásobné hviezdne sústavy, detekcie na základe malých zmien radiálnych rýchlostí • Možná detekcia planéty okolo Barnardovej hviezdy • Prvá neskôr potvrdená detekcia v roku 1988, detekcia na hranici možností vtedajšej techniky, v roku 2003 potvrdená

5. Objav prvých extrasolárnych planétokolo pulzara PSR B1257+12 v súhvezdí Panny (A. Wolszczan & D. Frail, 1992) • Tri planéty,pravdepodobne pozostatky obrích planét po explózii supernovy http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/bc/Ssc2006-10c.jpg/750px-Ssc2006-10c.jpg

6. Mayor & Queloz, 1995 objav prvej extrasolárnej planéty okolo normálnej hviezdy (51 Pegasa), na základepresných radiálnych rýchlostí http://extrasolar.spaceart.org/img/pegasi.jpg Marcy, W.M. et al., 1997, ApJ 481, 926

7. Hľadanie extrasolárnych planét Metódy detekcie • nepriame - radiálne rýchlosti využitím Dopplerovho javu - fotometrické (tranzity) - astrometria (=pozičné merania) - gravitačné šošovky (ohyb svetla okolo hmotných telies) - časové posuny pulzov pulzarov (efekt konečnej rýchlosti svetla) • priame - priame zobrazovanie - koronografické zobrazovanie - interferometria

8. Radiálna rýchlosť • najrozšírenejšia a najefektívnejšia metóda • meranie radiálnej rýchlosti – vďaka Dopplerovmu javu • v extrasolárnych planétach amplitúdy < 1-100 m/s  extrémna presnosť nutná • Vysoko presné radiálne rýchlosti sú získavané spektrografmi s teplotnou stabilizáciou • súčasná presnosť:1 m/s • Pri vysokom rozlíšení nedostatok svetla  nevyhnutné sú pozorovania z veľkých ďalekohľadov (priemer > 2m) http://www.eso.org/public/outreach/press-rel/pr-2007/phot-22-07.html

9. Z krivky radiálnych rýchlostí určíme jej poloamplitúdu, a1 sin i, potom len minimálnu hmotnosť planéty pri známej hmotnosti hviezdy • Vždy pozorujeme len pohyb hviezdy NIE planéty • Súčasné techniky sú citlivé na planéty s M > 0.2 Mj  planéty zemského typu zatiaľ nemôžeme touto technikou detekovať • Vzniká ak extrasolárna planéta zakrýva časť rotujúcej hviezdy, jej radiálna rýchlosť potom nezodpovedá ťažisku

10. Fotometrická metóda • Princíp: tranzit planéty pred diskom hviezdy vyvolá pokles jasnosti (podobne ako prechod Venuše alebo Merkúra pred slnečným diskom) • Pokles jasnosti počas tranzitu jasnosť hviezdy poklesne oDL: DL/L* ~ (Rp/R*)2 • Veľmi malá šanca detekcie, keďže rovina dráhy musí byť prakticky kolmá na oblohu • Nevýhody: malé poklesy jasnosti môžu byť pozorované aj v zákrytových dvojhviezdach s malým sklonom dráhy alebo pri trojhviezdach s dominantnou treťou zložkou http://www.superwasp.org/images/transit.gif http://extrasolar.spaceart.org/img/hd209458.jpg http://www.journals.uchicago.edu/ApJ/journal/issues/ApJ/v552n2/53085/53085.html

11. Tranzity planét • WASP (Wide-Angle search for Planets), 8 kamier, 11cm ďalekohľady, 8x8o zorné pole http://www.superwasp.org/images/8cams.jpg • Stare, 10cm ďalekohľad, detekcia prvej planéty na základe tranzitov http://www.hao.ucar.edu/public/research/stare/scope_schmidt.html

12. Astrometria • Princíp: obeh planét okolo hviezdy spôsobí zmeny jej polohy na oblohe • citlivé na planéty s dlhými obežnými dobami (P > 1 rok). • Presnosť pozičných meraní by musela byť zvýšená 100 – 1000-krát • Potrebnú presnosť by mohla dosiahnuť SIM (Space Interferometry Mission)

13. Priama detekcia • Vhodné pre veľmi jasné planéty na dlhých obežných dráhach (P >> 1 rok) v okolí Slnka • Problémveľkého kontrastu jasnosti http://www.eso.org/public/outreach/press-rel/pr-2005/images/phot-10a-05-normal.jpg

14. Priama detekcia • Ideálne pozorovať v ďalekej infračervenej oblasti, kde je hosťujúca hviezda menej dominantná • Koronografické pozorovania • Interferometria Chauvin, G. et al., 2005, Astron. Astrophys. 438, L29-L32 http://www.eso.org/public/outreach/press-rel/pr-2005/images/phot-14a-05-preview.jpg

15. Gravitačné šošovky • Fotometrická metóda • Detekcia pomocou všeobecnej teórie relativity • Nevýhoda: jav mikrošošovkovania je pri danej sústave pozorovateľný len raz, je ťažké detekciu potvrdiť a získať viac údajov o planéte http://bulge.astro.princeton.edu/~ogle/ogle3/blg390.png

16. Sú doterajšie detekcie spoľahlivé ? • Pri fotometrickej detekcii: malý polomer môže mať niekoľko druhov objektov  kontaminácia hnedými alebo bielymi trpaslíkmi • pri spektroskopickej detekcii len dolné ohraničenie hmotnosti m sin i

17. Štatistika potvrdených detekcií 335 extrasolárnych planét alebo kandidátov (januar 2009) • 18 planetárnych sústav * 55 Cnc: 4 planéty • 18planét vykazujúcich tranzit • 4 planéty okolo pulzarov • Zhruba 6% hviezd slnečného typu má planetárne sústavy • Malé písmeno je pridané za názov hosťujúcej hviezdy napr. 51 Peg b alebo 51 Peg c • Len pár planét má neoficiálne slovné názvy, napr. planéta pri HD209458 sa nazýva “Osiris”

18. Vlastnosti extrasolárnych planét • Takmer všetky údaje o extrasolárnych planétach sú získané nepriamo na základe pozorovaní hosťujúcej hviezdy • Objav extrasolárnej planéty musí byť sprevádzaný odhadom jej hmotnosti • Zvyčajne potrebujeme dve rozdielne metódy pozorovania na určenie hmotnosti: Radiálne rýchlosti + Tranzity Radiálne rýchlosti + Astrometria Priama detekcia + Astrometria

19. Vlastnosti extrasolárnych planét • Orbitálne periódy: - 1/3 známych exoplanétobieha okolo materskej hviezdy bližšie ako Merkúr • Hmotnosti: typická hmotnosť exoplanét je hmotnosť Jupitera, v rozsahu 20 – 50 Mj nepozorujeme žiadne telesa (The Brown Dwarf Desert) • Povrchové teploty – zatiaľ len odhad na základe svietivosti hviezdy • Vnútorná stavba – len teoretické predpovede na základe určenej hustoty

20. Protoplanetárne disky

21. Voľne plávajúce planéty • planéty bez materskej hviezdy • vyskytujú sa v protohviezdnych oblakoch (napr. Veľká hmlovina v Orióne) • Existencia nie je stále úplne potvrdená • Podľa definície IAU to nie sú planéty • Niektoré z nich môžu byť hnedé trpaslíky

22. Výberové efekty • Výberové efekty = šance nájsť planétu okolo hviezdy závisia od viacerých faktorov (jasnosť hviezdy, hmotnosť, orbitálna perióda…) • Neúplnosť súčasných pozorovaní – planéty s M < 0.5 Mj, planéty s P > 10 rokov, planetárne sústavy

23. Zaujímavé objekty • HD80606 = hviezda s planétou na dráhe s najväčšou excentricitou, e= 0.927, P = 112 dní, m sin i = 3.9 Mj • Ups Andromedae, prvý detegovaný extrasolárny systém troch planét (orbitálne periódy 4.617 dňa, 241 dní a 1290 dní) http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/0/06/Upsand.jpg

24. Zaujímavé objekty II • HD209458 – prvá planéta, kde bola spektroskopicky potvrdená existencia atmosféry (vodík, uhlík, kyslík), u tejto planéty bolo zistené, že nie je pokrytá mrakmi,v buducnosti možná detekcia vodných pár v jej atmosfére • Iota Draconis b, prvá planéta nájdená okolo obrej hviezdy • OGLE-2005-BLG-390Lb, najvzdialenejšia a najchladnejšia planéta nájdená na základe gravitačnej šošovky, hmotnosť planéty je asi 5.5 Mz • 55 Cnc b – prvá extrasolárna planéta nájdená vo viacnásobnej hviezdnej sústave

25. Kozmické projekty (smerom k planétam zemského typu)

26. Súčasnosť až blízka budúcnosť • KEPLER (NASA, http://www.kepler.arc.nasa.gov/) Hlavný cieľ: detekcia planét zemského typu vysokopresnou fotometriou http://kepler.nasa.gov/media/images/Kepler+bkgdHR.jpg http://smsc.cnes.fr/IcCOROT/vue_artiste/corot_terre_bleue.jpg

27. KEPLER • detekcia planét zemského typu vysokopresnou fotometriou • 1m ďalekohľad monitorujúci 100000 hviezd súčasne • Zorné pole 105 štvorcových stupňov, mozaika 42 CCD chipov • Vypustenie – február 2009 http://kepler.nasa.gov/media/images/PhotometerSection-sm.jpg

28. Vzdialená budúcnosť • DARWIN(ESA • TPF (NASA)(interferometer + koronograf), • SIM (presná astrometria zložená na interferometrii) Hlavný cieľ: detekcia planét zemského typu infračervenou interferometriou, detekcia molekúl http://planetquest.jpl.nasa.gov/images/TPF_I2-600.jpg http://darwin.esa.int/science-e-media/img/4b/i_screenimage_32587.jpg

29. Hľadanie života !!! • Potrebujeme nájsť planétu s pevným povrchom • Planéta musí byť v obývateľnej zóne (okolo hosťovskej hviezdy aj v rámci Galaxie) • Rotácia planéty nesmie byť viazaná • Sústava nesmie byť veľmi mladá (impakty komét a asteroidov) • Planéta musí byť chránená atmosférou pred drobnými impaktmi • Planéta musí mať magnetické pole – ochrana pred kozmickým žiarením • Atmosféra musí obsahovať biomarkery • ...

30. Obývateľné zóny • Obývateľná zóna: prstencová oblasť okolo hosťovskej hviezdy, kde môže voda existovať v tekutom stave • Vnútorný polomer:miesto, kde hviezdne žiarenie odparí celú povrchovú vodu • Vonkajší polomer: miesto, kde stredná povrchová teplota nedosahuje bod topenia vodného ľaduani s pomocou skleníkových plynov (napr. CO2) http://www.astro.sunysb.edu/fwalter/AST101/images/hz2.gif

31. Budúcnosť výskumu extrasolárnych planét • Hľadanie planetárnych sústav • Štúdium atmosfér extrasolárnych planét a hľadanie látok podporujúcich vznik života • Hľadanie mesiačikov a prstencov • Detekcia pásov asteroidov • Kozmické misie = detekcia extrasolárnych planét zemského typu

32. Záver • Po viac ako 10 rokoch hľadania extrasolárnych planét vieme, že najmenej 5% hviezd slnečného typu hosťuje obrie planéty (silno ovplyvnené výberovými efektmi) • Nezodpovedané otázky: stavba a formácia extrasolárnych planét, • Očakávané výsledky v blízkej budúcnosti: detekcia planét Zemského typus molekulami nevyhnutnými na vznik života (H2O, O2, O3, CO2,CH4).