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Descubriendo sistemas planetarios como el nuestro
Jorge Meléndez Ciencia 2007 fellow Centro de Astrofisica da Universidade do Porto Iván Ramírez, MPA Martin Asplund, MPA Bengt Gustafsson, Uppsala David Yong, ANU
Lima, Ago 2009
Sunset in Paracas, Peru (c) www.flickr.com/photos/rodrigocampos/
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Hasta ahora conocemos más de 300 sistemas planetarios extra-solares
Infelizmente
ninguno de ellos
es parecido al
nuestro
C. Carreau / ESA
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La mayoría de sistemas planetarios extra-solares descubiertos tiene planetas gigantes internos
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¿ Como encontrar sistemas planetarios como el nuestro?
Credits: Nasa
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¿Tiene el Sol alguna peculiaridad relacionada a planetas terrestres?
Sunset in Barranca, Peru http://www.flickr.com/photos/mannover
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¿Es la composición química del Sol inusual?
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Secchi (1868): 3 tipos espectrales
• Tipo I: moderna clase A & F temprano
• Tipo II: moderna clase M
• Tipo III: tipo solar (moderna clase G, K, F tardio)
¿Hay otras estrellas similares al Sol?
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K0IIIb
δ CMa, γ Cyg: F8Iab
β Aqr: G0Ib; α Aqr: G2Ib; β Aql: G9.5IV
β Gem: K0IIIb; Arcturus: K1.5III; γ Dra: K5III
Secchi (1868):
• Tipo III: tipo solar (moderna clase G, K, F tardio)
¿Hay otras estrellas similares al Sol?
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• 1890-1900s: clasificación de Harvard (E.C. Pickering +
Williamina Fleming + Antonia Maury + Annie J. Cannon):
O, B, A, F, G, K, M Basado en 100 000s espectros
tomados en estaciones Harvard
del Norte (USA) & Sur (Peru)
El sistema Harvard & catalogo HD
Arequipa
PERU
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Paul Klee: ”Cosmic composition” (1919)
”The uniformity of the composition of stellar atmospheres appears to be an established fact” Cecilia Payne: Stellar Atmospheres (1925) (O. Struve: ”It is undoubtedly the most brilliant Ph.D. thesis ever written in astronomy”)
¿Es la composición química del Sol normal?
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¿Es el Sol rico en oxígeno comparado a estrellas de tipo solar?
Edvardsson
et al. 1993
Fe relativo al Sol
Oxíg
eno r
ela
tivo a
l S
ol
-0.1 dex!
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Disco Fino
Disco espeso
Ramirez et al. 2007
+0.1 dex!
¿O es el Sol pobre en oxígeno comparado a estrellas de tipo solar?
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Por más de 140 años se ha creído que el Sol tiene una composición
química ”normal”
• Secchi (1868): El Sol es típico de estrellas de tipo solar
• Payne (1925): Composición química solar es universal
• Bent Gustafsson (1998, 2008): tal vez el Sol es anormal, pero los errores son aún muy grandes para establecer si el Sol es normal o no (0.05-0.10 dex)
• Carlos Allende Prieto (reunión de la IAU en Agosto 2009): debemos mejorar la exactitud de las abundancias químicas (<0.05 dex)
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Como disminuir lor errores en las abundancias químicas (<0.05 dex)? • Alto señal/ruido: reduce error en Wl
• Alta resolución espectral: reduce error en Wl
• Cuidadosa selección de lineas: reduce blends
• Método estrictamente diferencial: reduce
errores de los modelos
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• Alto señal/ruido: reduce error en Wl
• Alta resolución espectral: reduce error en Wl
• Cuidadosa selección de lineas: reduce blends
• Método estrictamente diferencial:
- Sol como estrella (asteroides: Vesta, Ceres, ...)
- Exactitud de la escala de temperatura Teff
- Comparación con gemelos solares (o analogos solares)
Como disminuir lor errores en las abundancias químicas (<0.05 dex)?
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¿Como encontrar gemelos solares? Meléndez et al. (2006), Meléndez & Ramírez (2007)
• Hipparcos – 105 stars
• Parallaxes
• Photometry
• colour-Teff calibrations (Ramírez & Meléndez 2005)
• Age indicators
• High resolution spectra
Wr = (WStar WSun)/WSun
Independiente de modelos
(gemelos solares confirmados después con modelos de atmosferas)
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Es difícil encontrar gemelos del Sol Meléndez et al. (2006), Meléndez & Ramírez (2007)
Relatively few stars in the Hipparcos catalogue are solar twins (~ 0.01-0.03 %)
1er solar twin:
18 Sco (Porto de Mello & da Silva ‘97
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Observaciones espectroscopicas -Telescopio Magellan 6.5m Clay
& espectrografo MIKE
- R = l/Dl = 65,000
- S/N = 450 por pixel
- cobertura 340 – 1000 nm
- Espectro solar: Vesta
- 3 noches de observaciones
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Espectros
de los
gemelos
solares y
del Sol en
la pequeña
región 597-
603nm.
Los
espectros
cubren
340-
1000nm
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• Modelos estandard
1D + LTE
• Teff, log g , vt &
[Fe/H] de lineas de
FeI & FeII
• Analisis linea a linea
Alta precisión en
parámetros estelares
(20 K en Teff,
0.04 dex en log g)
y en razones de
abundancia [X/Fe]
(0.01-0.02 dex)
Analisis: alta precisión en parametros
atmosfericos & razones de abundancia [X/Fe]
Error en
[Cr/Fe] de
0.009 dex
(2%) para
una gemela
solar típica
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Nuestro
sistema
solar tiene
una estrella
anormal !
Resultados Δ[X/Fe]
SOL menos
<gemelos> vs.
Numero
Atomico Z
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¿Por qué tiene el Sol composición anormal?
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¿Son las anomalias en la composición del Sol relacionadas a nuestro sistema
planetario?
The Sun & the Andes from the windows of Machu Picchu http://www.flickr.com/photos/oscarpacussich
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~ 0.08 dex ~ 20%
Correlación es
significante
Probabilidad de que
sea falsa es ~10-9
Es más probable ganar la
loteria !
Anomalia en
el Sol esta
correlacionada
a temperatura
de
condensación
(Tcond) de los
elementos
Temperatura de condensación
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Cuando el material (Fe, Al, etc) en la región interna del Sol se condenso,
formo polvo, planetesimales y posteriormente planetas terrestres
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~ 0.08 dex ~ 20%
Por eso el
Sol tiene una
deficiencia
de material
refractario,
pues esta en
planetas
terrestrres !
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Confirmación independiente de correlación con temperat. condensación
- Ramirez et al. (2009): 22 solar twins with McDonald 2.7 m
R=60,000, S/N = 200. Confirman el efecto observado.
Note: eje Y inverso Temperatura de condensación
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El gas acretado en la zona convectiva solar fue deficiente en refractarios
Iron gradient in the inner solar system
The late-accreted
gas in the Sun’s
convection zone
was depleted in
refractories which
were used to form
dust, planetesimals
& terrestrial planets
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Relación con formación
de planetas terrestres:
1. Tcond trend en meteoritos
La anomalia solar
es una imagen
espejo de la
anomalia presente
en meteoritos
Alexander
et al. (2001)
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How much dust-cleansed gas is required to affect
the Sun in this way?
Assume gas accretion until
solar convection zone reached
~ present size (~0.02 Msun):
Refractories depleted in the
Sun: ~2*1028 g ≈ 4 M
Refractories locked-up in
terrestrial planets:
~8*1027 g ≈ 1.3 M
Relación con formación de planetas
terrestres: 2. El polvo removido es suficiente
para formar planetas terrestres
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Relación con planetas terrestres:
3. Quiebre en Tcond ~ 1200 K es visto en el
Sol y en meteoritos
Tcond > 1200 K are only found in
inner (< 3AU) planetary disks
Alexander et al. (2001) Meléndez et al. (2001)
Stars Meteorites
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Relación con
planetas terrestres:
4. Hay una
deficiencia de
elementos volatiles
en el manto
terrestre!
Depletion trend of volatiles in Earth’s
mantle probably reflects primary
nebular depletion in the Earth making
material (Witt-Eickschen et al. 2007).
Earth-making material was poor in
volatiles, and the Sun rich in
refractories !
Witt-Eickschen et al. (2007)
Lithophile:
silicate loving
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Problemas de escalas de tiempo Wyatt (2008)
Proto-planetary disks
Debris disks
Edades de discos proto-
planetarios tienen ≤10 Myr
Mass fraction
of convection zone
0 20 40 60 80 Myr
0.0
0.20
0.40
0.60
0.80
1.0
Mcz ~0.02 MSun only >30 Myr
Mcz ~0.4 MSun at ~10 Myr
El disco proto-solar fue
inusualmente de larga duración?
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TEST: es el descubrimiento relacionado
a planetas gigantes o terrestres?
Muestra de 10 analogos
solares en surveys de
velocidad radial para
encontrar planetas
• 4 con planetas gigantes
• 6 no tienen planetas
detectados
• Estrellas con planetas
son similares a gemelos
solares !
• Estrellas sin planetas
son similares al Sol !
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Las estrellas sin planetas gigantes detectados tal vez sean similares a nuestro sistema solar
El hecho de que las estrellas sin planetas gigantes tengan
composición química similar al Sol tal vez indica que tengan
planetas terrestres
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Conclusiones
Analises detallados de la composición químicas de estrellas podra indicarnos cuales son las estrellas que albergan sistemas planetarios similares al nuestro
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Conclusiones
A pesar del Sol no ser una estrella común, por lo menos el 20% de estrellas de tipo solar es similar al Sol, por lo cual tal vez también tengan planetas terrestrres y quizas vida