15 Maggio 2010 Meeting EAN European Astrosky Network San Giovanni in Persiceto

1. 15 Maggio 2010Meeting EAN European Astrosky NetworkSan Giovanni in Persiceto Moderni metodi di ricerca ed osservazione dei pianeti extrasolari Bedogni Roberto INAF Osservatorio Astronomico di Bolognahttp://naomi.bo.astro.it/bedogni email: roberto.bedogni@oabo.inaf.it

2. Oltre il Sistema solare

3. Distanze e dimensioni-le stelle entro 12 anni luce

4. Distanze e dimensioni-le stelle entro 50 anni luce

5. Lo strano “caso” della Stella di Barnard Nella foto a sinistra la posizione della stella di Barnard nel 1950, a destra la posizione nel 1997. Nel settembre del 1916 apparve, dapprima sull’Astronomical Journal e, poco dopo, su Nature, un articolo riguardante la scoperta di una stella, apparentemente insignificante, che però mostrava un grande “moto proprio”. Lo notò l’astronomo E.E. Barnard, da cui la stella prese il nome stella di Barnard, misurando un moto proprio di 10.29” secondi d’arco per anno

6. Limite superiore alla massa di un pianeta

7. Nane Brune scoperte

8. Lo spettro della Nana Bruna Gliese 229 b

9. 16 Cygni B 47 Ursae Majoris 55 Cancri 51 Pegasi 70 Virginis Gliese 229 La scoperta dei pianeti extrasolari Fino a 14 anni fa non esistevano prove dell'esistenza di pianeti in orbita intorno a stelle esterne al Sistema Solare. Solo nell'ottobre del 1995 M. Mayor e D. Queloz dell'Osservatorio di Ginevra annunciarono la scoperta di un pianeta di grande massa attorno alla stella, di tipo solare, 51 Pegasi, fu l’inizio di una lunga serie di scoperte !

10. Purtroppo non è affatto semplice individuare e quindi osservare i Sistemi extrasolari. Nonostante questa grande difficoltà sono stati fatti straordinari progressi negli ultimi 14 anni. Oltre 300 Sistemi extrasolari sono stati scoperti e … siamo solo all’inizio. L’osservazione dei Sistemi extrasolari

11. L’Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari Dove trovare le informazioni sui pianeti extrasolari? Enciclopedia dei Pianeti Extrasolari (in italiano) All’indirizzo web: http://exoplanet.eu/catalog.php

12. Sistemi extrasolari confermati • I candidati pianeti extrasolari rivelati al 26-3-2010 sono 442 • Metodi indiretti • Con il metodo delle velocità radiali: • 351 Sistemi planetari   • (412 pianeti 41 sistemi multipli)     • Con il metodo delle occultazioni: 71 pianeti extrasolari transitano davanti alla stella (71 pianeti 3 sistemi multipli) • Con il metodo delle microlenti gravitazionali 9 Sistemi planetari (10 pianeti 1 sistema multiplo) • Con timing 6 Sistemi planetari   (9 pianeti    2 sistemi multipli) • Metodi diretti • Con immagini 9 Sistemi planetari (11 pianeti 1 sistema multiplo) • Fonte : http://exoplanet.eu/catalog.php

13. Lo spettro visibile Velocità della luce c [L/T], lunghezza di onda  [L]e frequenza  [1/T] c =   Lo spettro visibile è quella parte dello spettro elettromagnetico che cade tra il rosso e il violetto includendo tutti i colori percepibili dall'occhio umano. La lunghezza d'onda della luce visibile va indicativamente da 400 nm a 700nm (nm=1 nanometro=10 -9 m). La massima sensibilità dell'occhio la si ha attorno ai 555 nm, dove si trova il colore verde.

14. Effetto Doppler-onde Luminose Nel caso della “luce” emessa da un corpo celeste se questi si avvicina essa appare, all’osservatore terrestre, come “più acuta” cioè di frequenza più elevata e quindi “blu” se invece si allontana essa appare di frequenza “più bassa”e quindi “rossa”. Z = λ / λ0= Vr /c Z = spostamento Doppler delle righe spettrali Vr= velocità radiale sorgente luminosa c = velocità della luce circa 300 000 km/sec  λ= differenza tra la lunghezza d’onda λe“emessa” e la λ0 “a riposo”

15. L' entità dello spostamento vale z = ( D/ a riposo) = Vr / c con D  = osservata- a riposo La velocità, radiale,di allontanamento o avvicinamento è allora data da : Vr = c· z • essendo c la velocità della luce nel vuoto (c = 3· 105 km/sec); • la lunghezza d' onda della luce • di frequenzan • e c = n ·z la relazione che lega queste due grandezze. N.B. Qui non facciamo riferimento allo spostamento cosmologico verso il rosso ma a meccanismi di spostamento doppler nelle atmosfere delle stelle! L’effetto Doppler

16. I metodi indiretti-La spettroscopia • rilevazione indirettametodo spettroscopico Le tecniche spettroscopiche sono basate sulle misure degli spostamenti verso il blu o verso il rosso (per effetto Doppler) delle linee spettrali particolarmente intense,osservate nello spettro dellastella principale.

17. rilevazione indirettametodo spettroscopico La stella, a causa del moto orbitale dell'eventuale pianeta, presenta una variazione di velocità radiale delle principali righe spettrali osservabili nella sua atmosfera,di ampiezza Vr(il simbolo ~ significa proporzionale) data da: mpsen i Vr ~ -------------------- Mstar2/3P1/3 dove : • Vr= variazione della velocità radiale in km/sec • mp= massa del pianeta (in unità di Masse Solari) • Mstar = massa del stella (in unità di Masse Solari) • P= periodo dell' orbita del pianeta in anni • i= inclinazione dell' orbita del pianeta rispetto al piano del cielo Variazione di velocità radiale

18. rilevazione indirettametodo spettroscopico • K = ampiezza dell’oscillazione della curva di velocità radiale Variazione di velocità radiale con ampiezza Vr: mpsen i Vr ~ -------------------- Ms2/3P1/3 La curva di velocità radiale

19. La spettroscopia permette di individuare i Pianeti extrasolari La ricerca però è molto difficile in quanto è necessario misurare deboli variazioni nella velocità radiale Vr di avvicinamento dei pianeti rispetto a noi. Ad esempio se il Sole venisse osservato da una distanza di 10 parsec mostrerebbe una variazione nell' ampiezza di Vr • di 13 m/sec in un periodo orbitale (P=12 anni) per un pianeta come Giove • di 0,3 m/sec in un periodo orbitale (P=84 anni) per un pianeta come Urano • di 0,09 m/sec per un periodo orbitale (P=1 anno) per un pianeta come la Terra

20. Le unità di misura dei pianeti extrasolari Nel definire le caratteristiche dei Sistemi extrasolari il termine di confronto e’ fornito dai pianeti giganti del Sistema solare ed in particolare da Giove

21. Giove Un’immagine di Giove osservato da Terra con il Nord Optical Telescope

22. I limiti del metodo delle velocità radiali Il metodo fornisce i parametri orbitali e,a,P, ma determina solo approssimativamente la massa M del pianeta non dice nulla sul raggio R e la composizione del pianeta l’impossibilità di scendere sotto l’effetto Doppler termico legato alle turbolenze cromosferiche della stella con Vr ~ 3-4 m/s Attualmente ci si può spingere a rilevare pianeti Nettuno-Saturniani entro 1 U.A. Un marcato effetto di selezione : è più facile vedere grandi pianeti (M> Mg) vicini alla stella principale Esiste un limite superiore alla massa dei pianeti extrasolari di ~13-14 Mg dopo di che si “sconfina” nelle fredde e quasi invisibili Nane Brune 22

23. I pianeti extrasolari Le immagini qui riportate, escluse le mappe stellari, sono disegni elaborati sulla base delle caratteristiche, in parte supposte in parte misurate, dei pianeti extrasolari.

24. La stella 51 Pegasi Posizione- nella cost. di Pegaso a 50 a.l. dal Sole Il sistema stellare 51 Pegasi ed il suo pianeta Il pianeta 51 Pegasi b Massa = M·sen i=140 Mt=0,46 Mg Periodo orbitale=4,23 giorni D pianeta-stella=7,5 ml km=0.05 U.A. Diametro=0,35-1,35 D Giove Temperatura = 1300 o K Scoperto nell’ottobre 1995 L’osservazione di 51 Pegasi b

25. Sole Giove Il sistema extrasolare-51 Pegasi b Nel Sistema solare Giove dista dal Sole 5,2 Unità Astronomiche La stella 51 Pegasi Il Sistema extrasolare 51 Pegasi Periodo orbitale=4,2 giorni Semi-asse maggiore dell’orbita=0.05 U.A. Massa del pianeta ~ 0,46 Masse di Giove Il pianeta 51 Pegasi b Confronto tra la collocazione del pianeta Giove nel nostro Sistema Solare (in alto) e la disposizione planetaria nel Sistema extrasolare di 51 Pegasi b (in basso)

26. La stella 47 Ursae Majoris Posizione- nella cost. di U.M. a 46 a.l. dal Sole Il pianeta 47 Ursae Majoris B Massa = M·sen i= 760 Mt=2,54 Mg Periodo orbitale=1089 giorni ~3 anni D pianeta-stella=314 ml km=2,1 U.A. Temperatura diurna = -80 o C Scoperto nel gennaio 1996 Il sistema stellare 47 Ursae Majoris ed i suoi pianeti Nel 2001 è stato scoperto un altro pianeta 47 Ursa Majoris C Massa= M·sen i = 240 Mt=0,76 Mg D pianeta-stella=558 ml km=3,73 U.A. Periodo orbitale=2594 giorni ~ 7 anni L’osservazione di 47 Ursae Majoris

27. Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianeta HD 209458 d=14,4 a.l. Tipo spettrale G0 V mv=7,65 Massa=1,01 M๏ Età = 4 Gyr T=5942 K R=1,12 R๏ [Fe/H]= 0,04 L =1,61 L๏ Il pianeta extrasolare era già stato scoperto con il metodo delle velocità radiali

28. Il sistema stellare HD 209458 ed il suo pianeta Nel 1999 è stato scoperto il pianeta HD 209458a a semiasse maggiore = 0,045 U.A. Periodo orbitale=3,524 giorni Eccentricità orbita = 0,07 Dal Momento che si osserva un transito è possibili determinare l’ inclinazione dell’orbita rispetto al piano del cielo I = 86,67 gradi calcolare esattamente la massa Massa= M·sen i = 219 Mt=0,69 Mg E dare una stima del suo raggio R= 1,32 Rg

29. Il sistema stellare Gliese 581 Tipo di stella variabile BY Darconis-nella Lira d=20 a.l. Tipo spettrale M3V mv=10,56 Massa=0,31 M๏ Età = 4,3 Gyr T=3480 K R=0,38 R๏ [Fe/H]= -0,33 L =0,013 L๏ Immagini di fantasia di Gliese 581b

30. Il sistema planetario triplo Gliese 581

31. Gliese 581 e la zona di abitabilità

32. COROT 7b

33. COROT la stella

34. COROT 7b-7c

35. Pianeti extrasolari osservati oggi e progetti futuri Giove Saturno Urano e Nettuno Terra e Venere Marte

36. Giove a 5.5 UA Saturno a 9.5 UA

37. Il telescopio Keplero

38. Il telescopio Keplero

39. Il telescopio Keplero La Missione Kepler è un programma di ricerca astronomica sviluppato dalla NASA. Esso è costituito da un satellite artificiale, chiamato Kepler, costituito da un fotometro e messo in un'orbita eliocentrica parzialmente sovrapposta a quella terrestre. Sarà il primo strumento capace di cercare pianeti della dimensione della Terra e anche più piccoli al di fuori dei confini del nostro Sistema solare. Sarà in grado di osservare la luminosità di oltre 100.000 stelle per più di quattro anni. Osservando tale luminosità si potranno identificare eventuali pianeti grazie al metodo del transito. Secondo i ricercatori, tale missione potrà portare alla scoperta di molte centinaia di pianeti. Il telescopio Kepler è stato correttamente lanciato in orbita da Cape Canaveral alle 3:49 UTC del 7 marzo 2009 (ora locale: 22:49 del 6 marzo)

40. I pianeti extrasolari: la pagina dell’autore di quest’articolo dedicata all’argomento. http://www.bo.astro.it/~bedogni/ • The Extrasolar Planets Enciclopaedia contiene le pagine web più complete relative alla ricerca dei pianeti extrasolari ed è ricca di informazioni e cataloghi, (in inglese e francese).http://www.obspm.fr/encycl/encycl • The Extrasolar Planetary Foundations con pagine web interessanti rivolte anche alla problematica della ricerca della vita extraterrestre (in inglese) http://www.planetarysystems.org/overview.html • Cataloghi sui Pianeti extrasolari si trovano (in inglese) anche nelle pagine http://www.princeton.edu/~willman/planetary_systems/ • La ricerca dei pianeti extrasolari (in inglese) http://exoplanets.org/index.html • Le stelle più vicine con i pianeti extrasolari (in inglese) http://www.solstation.com/index.html Indirizzi Web

41. La presentazione è terminata Grazie