Download - Extrasol á r ne planéty
ExtrasolExtrasoláárrnene planétyplanéty
Veronika KaVeronika Kažimirová
DefinDefinícia planétyícia planéty ( (Medzinárodná Astronomická únia)Medzinárodná Astronomická únia)::
””planplanéta je teleso s hmotnosťou väčšou ako je éta je teleso s hmotnosťou väčšou ako je hmotnosť Pluta ale menšou ako 15 hmotností hmotnosť Pluta ale menšou ako 15 hmotností JupiteraJupitera,, toto teleso obieha okolo telesa toto teleso obieha okolo telesa produkujúceho energiu jadrovými reakciamiprodukujúceho energiu jadrovými reakciami””
Čo je teda planéta ?Čo je teda planéta ?
Objavy prvýchObjavy prvých extrasolárnych planét extrasolárnych planét
Objavu extrasolárnych planét predchádzalo veľké Objavu extrasolárnych planét predchádzalo veľké množstvo falošných detekcií, zvyčajne sa jedná o množstvo falošných detekcií, zvyčajne sa jedná o dvojhviezdy alebo viacnásobné hviezdne sústavy, dvojhviezdy alebo viacnásobné hviezdne sústavy, detekcie na základe malých zmien radiálnych rýchlostídetekcie na základe malých zmien radiálnych rýchlostí
Možná detekcia planéty okolo Barnardovej hviezdyMožná detekcia planéty okolo Barnardovej hviezdy Prvá neskôr potvrdená detekcia v roku 1988, detekcia Prvá neskôr potvrdená detekcia v roku 1988, detekcia
na hranici možností vtedajšej techniky, v roku 2003 na hranici možností vtedajšej techniky, v roku 2003 potvrdenápotvrdená
Objav prvých Objav prvých extrasolárnych planétextrasolárnych planét okolo pulzara okolo pulzara PSR PSR B1257+12B1257+12 v súhvezdí v súhvezdí Panny (Panny (A. A. Wolszczan & D. FrailWolszczan & D. Frail, , 1992) 1992)
Tri Tri planéty,planéty,pravdepodobnepravdepodobne pozostatky obrích planét pozostatky obrích planét po explózii supernovypo explózii supernovy
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/bc/Ssc2006-10c.jpg/750px-Ssc2006-10c.jpg
Mayor Mayor && Queloz, 1995 obj Queloz, 1995 objav prvav prvej extrasolárnej planéty ej extrasolárnej planéty okolo normálnej hviezdy (51 Pegasa), na základeokolo normálnej hviezdy (51 Pegasa), na základe presných presných radiálnych rýchlostíradiálnych rýchlostí
Marcy, W.M. et al., 1997, ApJ 481, 926http://extrasolar.spaceart.org/img/pegasi.jpg
Hľadanie extrasolárnych planétHľadanie extrasolárnych planét
Metódy detekcieMetódy detekcie nepriamenepriame - - radiradiáállne rýchlosti využitím Dopplerovho javune rýchlosti využitím Dopplerovho javu - fotometrické (tranzity)- fotometrické (tranzity) - astrometria (=pozičné merania)- astrometria (=pozičné merania) - gravitačné šošovky (ohyb svetla okolo hmotných telies)- gravitačné šošovky (ohyb svetla okolo hmotných telies) - časové posuny pulzov pulzarov (efekt konečnej rýchlosti svetla- časové posuny pulzov pulzarov (efekt konečnej rýchlosti svetla)) priamepriame - priame zobrazovanie- priame zobrazovanie - - koronografické zobrazovaniekoronografické zobrazovanie - interferometria- interferometria
RadiRadiáállna rýchlosťna rýchlosť najrozšírenejšia a najrozšírenejšia a
najefektívnejšia metódanajefektívnejšia metóda meranie radiálnej rýchlostimeranie radiálnej rýchlosti – –
vďaka Dopplerovmu javuvďaka Dopplerovmu javu
v v extrasolárnych planétach extrasolárnych planétach amplitamplitúúdy < 1-100 m/s dy < 1-100 m/s extrextrémna presnosť nutnáémna presnosť nutná
Vysoko presné radiálne Vysoko presné radiálne rýchlosti sú získavané rýchlosti sú získavané spektrografmi s teplotnou spektrografmi s teplotnou stabilizácioustabilizáciou
súčasná presnosť:súčasná presnosť: 1 m1 m//s s PriPri vysokom rozlíšení vysokom rozlíšení
nedostatok svetla nedostatok svetla nnevyhnutné sú pozorovania z evyhnutné sú pozorovania z veľkých ďalekohľadov (priemer veľkých ďalekohľadov (priemer > 2m)> 2m)
http://www.eso.org/public/outreach/press-rel/pr-2007/phot-22-07.html
Z krivky radiZ krivky radiálnych rýchlostí určíme jej poloamplitúdu, álnych rýchlostí určíme jej poloamplitúdu, aa11 sin sin ii, , potom len minimálnu hmotnosť planéty pri známej hmotnosti potom len minimálnu hmotnosť planéty pri známej hmotnosti hviezdyhviezdy
VVždy pozorujeme len pohyb hviezdy NIE planétyždy pozorujeme len pohyb hviezdy NIE planéty
221
332
2
331 sinsin
mm
imP
ia
• Súčasné techniky sú citlivé na planéty sSúčasné techniky sú citlivé na planéty s M > 0.2 Mj M > 0.2 Mj plan planééty ty zemskzemskéého typu zatiaho typu zatiaľ nemôžeme touto technikou deteľ nemôžeme touto technikou detekkovaťovať
Vzniká ak extrasolárna planéta zakrýva časť rotujúcej hviezdy, jej Vzniká ak extrasolárna planéta zakrýva časť rotujúcej hviezdy, jej radiálna rýchlosť potom nezodpovedá ťažiskuradiálna rýchlosť potom nezodpovedá ťažisku
PK
eia 2,1
2/12
2,1 21
sin
PrincPrincípíp: tran: tranzit planéty pred zit planéty pred diskom hviezdy vyvolá pokles diskom hviezdy vyvolá pokles jasnosti (podobne ako prechod jasnosti (podobne ako prechod Venuše alebo Merkúra pred Venuše alebo Merkúra pred slnečným diskom)slnečným diskom)
Pokles jasnosti počas tranzitu Pokles jasnosti počas tranzitu jasnosť hviezdy poklesne ojasnosť hviezdy poklesne o LL::
LL//LL* * ~ (~ (RRpp//RR**))22
VVeľmi malá šanca detekcie, eľmi malá šanca detekcie, keďže rovina dráhy musí byť keďže rovina dráhy musí byť prakticky kolmá na oblohuprakticky kolmá na oblohu
Nevýhody: malé poklesy Nevýhody: malé poklesy jasnosti môžu byť pozorované jasnosti môžu byť pozorované aj v zákrytových dvojhviezdach aj v zákrytových dvojhviezdach s malým sklonom dráhy alebo s malým sklonom dráhy alebo pri trojhviezdach s pri trojhviezdach s dominantnou treťou zložkoudominantnou treťou zložkou
FFotometrická metódaotometrická metóda
http://www.superwasp.org/images/transit.gif
http://extrasolar.spaceart.org/img/hd209458.jpghttp://www.journals.uchicago.edu/ApJ/journal/issues/ApJ/v552n2/53085/53085.html
Tranzity planét Tranzity planét WASPWASP (Wide-Angle search (Wide-Angle search
for Planets), 8 kamier, 11cmfor Planets), 8 kamier, 11cm
ďalekohľady, ďalekohľady, 8x88x8oo zorn zornéé pole pole
• Stare, 10cm ďalekohľad, Stare, 10cm ďalekohľad, detekcia prvej planéty na detekcia prvej planéty na základe tranzitovzáklade tranzitov
http://www.superwasp.org/images/8cams.jpg
http://www.hao.ucar.edu/public/research/stare/scope_schmidt.html
PrincPrincípíp: : obeh planét okolo hviezdy spôsobí zobeh planét okolo hviezdy spôsobí zmmeny jej polohy na oblohe eny jej polohy na oblohe citlivé na planéty s dlhými obežnými dobamicitlivé na planéty s dlhými obežnými dobami ( (P P > 1 > 1 rokrok).). Presnosť pozičných meraní by musela byť zvýšená 100 – 1000-krátPresnosť pozičných meraní by musela byť zvýšená 100 – 1000-krát PotrebnPotrebnú presnosť by mohla dosiahnuť SIM (Space Interferometry Mission)ú presnosť by mohla dosiahnuť SIM (Space Interferometry Mission)
AstrometrAstrometriaia
VVhhodné pre veľmi jasné planéty na dlhých obežných odné pre veľmi jasné planéty na dlhých obežných dráhach (P dráhach (P >> 1 rok>> 1 rok)) v okol v okolíí Slnk Slnkaa
ProblProblémém veľkého kontrastu jasnostiveľkého kontrastu jasnosti
Priama Priama detekciadetekcia
http://www.eso.org/public/outreach/press-rel/pr-2005/images/phot-10a-05-normal.jpg
Ideálne pozorovať v ďalekej infračervenej oblasti, kde je hosťujúca Ideálne pozorovať v ďalekej infračervenej oblasti, kde je hosťujúca hviezda menej dominantnáhviezda menej dominantná
Koronografické pozorovaniaKoronografické pozorovania InterferometriaInterferometria
Priama Priama detekcia detekcia
http://www.eso.org/public/outreach/press-rel/pr-2005/images/phot-14a-05-preview.jpgChauvin, G. et al., 2005, Astron. Astrophys. 438, L29-L32
Fotometrická metódaFotometrická metóda DetekciaDetekcia pomocou pomocou všeobecnej teórie relativity všeobecnej teórie relativity NevNevýhoda: jav mikrošošovkovania je pri danej sústave ýhoda: jav mikrošošovkovania je pri danej sústave
pozorovateľný len razpozorovateľný len raz, je , je ťažké detekciu potvrdiť a získať viac ťažké detekciu potvrdiť a získať viac údajov o planéteúdajov o planéte
Gravitačné Gravitačné šošovkyšošovky
http://bulge.astro.princeton.edu/~ogle/ogle3/blg390.png
Pri fotometrickej detekcii: malý polomer môže mať Pri fotometrickej detekcii: malý polomer môže mať niekoľko druhov objektov niekoľko druhov objektov kontamin kontaminácia hnedými ácia hnedými alebo bielymi trpaslíkmialebo bielymi trpaslíkmi
pri spektroskopickej detekcii len dolné ohraničenie pri spektroskopickej detekcii len dolné ohraničenie hmotnosti hmotnosti mm sin sin i i
Sú doterajšie detekcie spoľahlivéSú doterajšie detekcie spoľahlivé ? ?
335335 extrasol extrasolárnych planét árnych planét alebo kandidalebo kandidátov (átov (januarjanuar 200 20099)) 18 18 planetárnych sústavplanetárnych sústav * 55 Cnc: 4 plan* 55 Cnc: 4 planétyéty 1818 planét vykazujúcich tranzitplanét vykazujúcich tranzit 4 plan4 planéty okolo pulzarov éty okolo pulzarov Zhruba Zhruba 6% hviezd slne6% hviezd slnečného typu má planetárne sústavyčného typu má planetárne sústavy
Štatistika potvrdených detekciíŠtatistika potvrdených detekcií
• 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”
Takmer vTakmer všetky údaje o extrasolárnych planétach sú získané šetky údaje o extrasolárnych planétach sú získané nepriamo na základe pozorovaní hosťujúcej hviezdy nepriamo na základe pozorovaní hosťujúcej hviezdy
Objav extrasolárnej planéty musí byť sprevádzaný odhadom jej Objav extrasolárnej planéty musí byť sprevádzaný odhadom jej hmotnostihmotnosti
Zvyčajne potrebujeme dve rozdielne metódy pozorovania na Zvyčajne potrebujeme dve rozdielne metódy pozorovania na určenie hmotnostiurčenie hmotnosti::
Radiálne rýchlosti Radiálne rýchlosti + + TranzityTranzity
Radiálne rýchlosti Radiálne rýchlosti ++ Astrometria Astrometria
Priama detekcia Priama detekcia + + AstrometriaAstrometria
Vlastnosti extrasolárnych planétVlastnosti extrasolárnych planét
Orbitálne periódyOrbitálne periódy: : - 1/3 - 1/3 známychznámych exoplan exoplanétét obieha okolo materskej hviezdy obieha okolo materskej hviezdy
bližšie ako Merkúrbližšie ako Merkúr HmotnostiHmotnosti: typická hmotnosť exoplanét je hmotnosť : typická hmotnosť exoplanét je hmotnosť
JupiteraJupitera, , v rozsahu v rozsahu 20 – 50 20 – 50 MMj j nepozorujeme žiadne telesa nepozorujeme žiadne telesa ((The Brown Dwarf DesertThe Brown Dwarf Desert) )
Povrchové teploty – Povrchové teploty – zatiaľ len odhad na základe svietivosti zatiaľ len odhad na základe svietivosti hviezdyhviezdy
Vnútorná stavbaVnútorná stavba – – len teoreticklen teoretické predpovede na základe é predpovede na základe určenej hustotyurčenej hustoty
Vlastnosti extrasolárnych planétVlastnosti extrasolárnych planét
Protoplanetárne diskyProtoplanetárne disky
planéty bez materskej planéty bez materskej hviezdyhviezdy
vyskytujú sa v vyskytujú sa v protohviezdnych protohviezdnych oblakoch (napr. Veľká oblakoch (napr. Veľká hmlovina v Orióne)hmlovina v Orióne)
Existencia nie je stále Existencia nie je stále úplne potvrdenáúplne potvrdená
Podľa definície IAU to nie Podľa definície IAU to nie sú planétysú planéty
Niektoré z nich môžu byť Niektoré z nich môžu byť hnedé trpaslíkyhnedé trpaslíky
VVoľne plávajúce planétyoľne plávajúce planéty
Výberové efekty = Výberové efekty = šance nájsť planétu okolo hviezdy závisia od šance nájsť planétu okolo hviezdy závisia od viacerých faktorov (jasnosť hviezdy, hmotnosť, orbitálna periódaviacerých faktorov (jasnosť hviezdy, hmotnosť, orbitálna perióda……))
Neúplnosť súčasných pozorovaní – Neúplnosť súčasných pozorovaní – planéty s M planéty s M < 0.5 Mj, plan< 0.5 Mj, planéty éty s s P > 10 rokov, P > 10 rokov, planetárne sústavyplanetárne sústavy
Výberové efektyVýberové efekty
HD80606 = hviezda s planétou na HD80606 = hviezda s planétou na dráhe s najväčšou excentricitou, dráhe s najväčšou excentricitou, ee = = 0.927, 0.927, PP = 112 dn = 112 dní, í, m m sin sin ii = 3.9 Mj = 3.9 Mj
Ups Andromedae, prvý detegovaný Ups Andromedae, prvý detegovaný extrasolárny systém troch planét extrasolárny systém troch planét (orbitálne periódy 4.617 dňa, 241 dní a (orbitálne periódy 4.617 dňa, 241 dní a 1290 dní)1290 dní)
Zaujímavé objektyZaujímavé objekty
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/0/06/Upsand.jpg
HD209458 – prvá planéta, kde bola spektroskopicky potvrdená existencia HD209458 – prvá planéta, kde bola spektroskopicky potvrdená existencia atmosféry (vodík, uhlík, kyslík), u tejto planéty bolo zistené, že nie je atmosféry (vodík, uhlík, kyslík), u tejto planéty bolo zistené, že nie je pokrytá mrakmi,pokrytá mrakmi,v buducnostiv buducnosti možná detekcia vodných pár v jej atmosfére možná detekcia vodných pár v jej atmosfére
Iota Draconis b, prvá planéta nájdená okolo obrej hviezdyIota Draconis b, prvá planéta nájdená okolo obrej hviezdy OGLE-2005-BLG-390Lb, najvzdialenejšia a najchOGLE-2005-BLG-390Lb, najvzdialenejšia a najchlaladnejšia planéta nájdená dnejšia planéta nájdená
na základe gravitačnej šošovky, hmotnosť planéty je asi 5.5 Mzna základe gravitačnej šošovky, hmotnosť planéty je asi 5.5 Mz 55 Cnc b – prvá extrasolárna planéta nájdená vo viacnásobnej hviezdnej 55 Cnc b – prvá extrasolárna planéta nájdená vo viacnásobnej hviezdnej
sústavesústave
Zaujímavé objekty IIZaujímavé objekty II
Kozmické projektyKozmické projekty (smerom k planétam zemského typu)(smerom k planétam zemského typu)
KEPLER (KEPLER (NASANASA, , http://www.kepler.arc.nasa.gov/http://www.kepler.arc.nasa.gov/)) Hlavný cieľ: detekcia planét zemského typu vysokopresnou fotometriouHlavný cieľ: detekcia planét zemského typu vysokopresnou fotometriou
Súčasnosť až blízka budúcnosťSúčasnosť až blízka budúcnosť
http://smsc.cnes.fr/IcCOROT/vue_artiste/corot_terre_bleue.jpg
http://kepler.nasa.gov/media/images/Kepler+bkgdHR.jpg
detekcia planét zemského typu vysokopresnou fotometrioudetekcia planét zemského typu vysokopresnou fotometriou 1m ďalekohľad monitorujúci 100000 hviezd súčasne1m ďalekohľad monitorujúci 100000 hviezd súčasne Zorné pole 105 štvorcových stupňov, mozaika 42 CCD chipovZorné pole 105 štvorcových stupňov, mozaika 42 CCD chipov Vypustenie – februVypustenie – február 2009ár 2009
KEPLERKEPLER
http://kepler.nasa.gov/media/images/PhotometerSection-sm.jpg
DARWINDARWIN ((ESAESA TPF (TPF (NASANASA)) (interferometer + koronograf)(interferometer + koronograf),, SIM (presná astrometria zložená na interferometrii)SIM (presná astrometria zložená na interferometrii) Hlavný cieľ: detekcia planét zemského typu infračervenou interferometriouHlavný cieľ: detekcia planét zemského typu infračervenou interferometriou, ,
detedetekcia molekúlkcia molekúl
Vzdialená budúcnosťVzdialená budúcnosť
http://darwin.esa.int/science-e-media/img/4b/i_screenimage_32587.jpg
http://planetquest.jpl.nasa.gov/images/TPF_I2-600.jpg
1.1. Potrebujeme nPotrebujeme nájsť planétu s pevným povrchomájsť planétu s pevným povrchom2.2. Planéta musí byť v obývateľnej zóne (okolo hosťovskej hviezdy aj v Planéta musí byť v obývateľnej zóne (okolo hosťovskej hviezdy aj v
rámci Galaxie)rámci Galaxie)3.3. Rotácia planéty nesmie byť viazanáRotácia planéty nesmie byť viazaná4.4. Sústava nesmie byť veľmi mladá (impakty komét a asteroidov)Sústava nesmie byť veľmi mladá (impakty komét a asteroidov)5.5. Planéta musí byť chránená atmosférouPlanéta musí byť chránená atmosférou pred drobn pred drobnými impaktmiými impaktmi6.6. Planéta musí mať magnetické pole – ochrana pred kozmickým Planéta musí mať magnetické pole – ochrana pred kozmickým
žiarenímžiarením7.7. Atmosféra musí obsahovať biomarkeryAtmosféra musí obsahovať biomarkery8.8. ......
Hľadanie života Hľadanie života !!!!!!
Obývateľná zónaObývateľná zóna:: prstencová oblasť okolo hosťovskej hviezdy, kde môže voda prstencová oblasť okolo hosťovskej hviezdy, kde môže voda
existovať v tekutom staveexistovať v tekutom stave Vnútorný polomerVnútorný polomer:: miesto, kde hviezdne žiarenie odparí celú miesto, kde hviezdne žiarenie odparí celú
povrchovú vodupovrchovú vodu Vonkajší polomerVonkajší polomer: miesto, kde stredná povrchová teplota nedosahuje : miesto, kde stredná povrchová teplota nedosahuje
bod topenia vodného ľadubod topenia vodného ľadu ani s pomocou skleníkových plynov ani s pomocou skleníkových plynov ((napr. napr. COCO22))
Obývateľné zónyObývateľné zóny
http://www.astro.sunysb.edu/fwalter/AST101/images/hz2.gif
Budúcnosť výskumu extrasolárnych planétBudúcnosť výskumu extrasolárnych planét Hľadanie planetárnych sústavHľadanie planetárnych sústav Štúdium atmosfér extrasolárnych planét a hľadanie látok Štúdium atmosfér extrasolárnych planét a hľadanie látok
podporujúcich vznik životapodporujúcich vznik života Hľadanie mesiačikov a prstencovHľadanie mesiačikov a prstencov Detekcia pásov asteroidovDetekcia pásov asteroidov Kozmické misie = detekcia extrasolárnych planét zemského typuKozmické misie = detekcia extrasolárnych planét zemského typu
Po viac ako 10 rokoch hľadania Po viac ako 10 rokoch hľadania extrasolextrasoláárrnych planét vieme, že nych planét vieme, že najmenej najmenej 5% hviezd sl5% hviezd slnečného typu hosťuje obrie planéty (silno nečného typu hosťuje obrie planéty (silno ovplyvnené výberovými efektmi)ovplyvnené výberovými efektmi)
Nezodpovedané otázky: stavba a formáciaNezodpovedané otázky: stavba a formácia extrasolárnych planét, extrasolárnych planét, Očakávané výsledky v blízkej budúcnosti: detekcia planét Zemského Očakávané výsledky v blízkej budúcnosti: detekcia planét Zemského
typutypu s molekulami nevyhnutnými na vznik života (s molekulami nevyhnutnými na vznik života (HH22OO, , OO22, , OO33, , COCO22,,
CHCH44 ))..
ZáverZáver