Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana...
Transcript of Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana...
![Page 1: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/1.jpg)
Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions
Carme Jordi
Dept. Astronomia i Meteorologia Institut de Ciències del Cosmos
Institut d’Estudis Espacials de Catalunya
6 març 2015 Un matí d’astrobiologia a la UB
![Page 2: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/2.jpg)
El nostre sistema solar
![Page 3: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/3.jpg)
Fsol
Fjup
Des de α-Cen a 4,5 anys-llum (1,3 pc) 4 arcsec Des de 100 pc (326 anys-llum) 52 mas
El nostre sistema solar
~ 1010 difícils d’observar
5,2 UA
Sol
Júpiter
Temperatures molt més baixes que les estrelles IR
![Page 4: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/4.jpg)
30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207
Nana marró
planeta
primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR)
4 MJ 1000 oC
Imatge directa
![Page 5: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/5.jpg)
2008, IR-ESO b Pictoris 1980’s disc pols
planeta gegant distància Saturn
![Page 6: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/6.jpg)
Imatge directa
2008
Primera imatge d’un sistema planetari múltiple Telescopi 10m Keck, Hawai, IR
1,5 MSol
distància Neptú
![Page 7: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/7.jpg)
Mètodes de detecció de planetes
![Page 8: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/8.jpg)
Centre de masses
M* r* = mp rp Msol = 333 000 mT mJ = 318 mT rT ~ 1 UA rJ ~ 5,2 UA rsol~rJ/1000 ~ 0,005 UA
rsol~rT/333 000 3a Llei Kepler: Júpiter: 11,5 anys Terra: 1 any
Detecció indirecta: efectes dinàmics
![Page 9: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/9.jpg)
Centre de masses
Observació
Astrometria: canvi coordenades celestes
![Page 10: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/10.jpg)
Moviment de les estrelles isolades
![Page 11: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/11.jpg)
Estrella: Distància al Sol = 50 pc = 163 anys-llum Moviment de l’estrella: 50 mas/any Planeta: massa = 15 MJ
e=0,2 a= 0,6 UA Efecte planeta magnificat un factor 30
Senyal astromètric del planeta
Calen precisions de mas ! Limitats a estrelles properes
![Page 12: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/12.jpg)
DE0823-49b
Perryman et al (2014, ApJ 797,14) Sahlmann et al (2013, A&A 556, A133)
Detecció astromètrica
![Page 13: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/13.jpg)
Ga
Perryman et al (2014, ApJ 797,14)
Detecció astromètrica
21 000 planetes de 1-15MJ de llarg període fins 500 pc amb 5 ays 70 000 planestes si 10 anys
Gaia
![Page 14: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/14.jpg)
Centre de masses
Observació
Espectroscòpia: Moviment d’acostament i allunyament
m* v* = mp vp
Sol - Júpiter vsol ~ 13 m/s
Sol - Terra vsol ~ 9 cm/s
Cal alta resolució !! Estrelles brillants
![Page 15: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/15.jpg)
NAAP Astronomy Labs: Simulacions: http://astro.unl.edu/naap/esp/esp.html
![Page 16: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/16.jpg)
6 octubre 1995, Mayor i Queloz Primer planeta entorn d’una estrella com ara el Sol Observatori Alta Provença 51 Peg b
0,5 MJ 4,23 dies
51 Peg b
5,2 UA
0,052 UA
![Page 17: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/17.jpg)
Senyal espectroscòpic del planeta
Període
Amplitud
Observacions: 𝑃, 𝑒, 𝜔, 𝑣∗ sin 𝑖
c.d.m: 𝑀∗𝑣∗ = 𝑚𝑝𝑣𝑝 3a. Llei Kepler: 𝐺 𝑀∗ + 𝑚𝑝 =4𝜋2
𝑃2 𝑟∗ + 𝑟𝑝3
propietats estrella 𝑀∗ La combinació permet deduir 𝑚𝑝 sin 𝑖 → 𝟐𝒎𝒑𝒔𝒊𝒏 𝒊 ≥ 𝒎𝒑 ≥ 𝒎𝒑 𝒔𝒊𝒏 𝒊
Forma: • excentricitat • orientació
![Page 18: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/18.jpg)
HARPS: High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher 3,6m ESO-Xile 30 cm/s HARPS-N: 3,6m TNG, La Palma Basats en ELODIE i CORALIE
HIRES: High Resolution Echelle Spectrometer 10m Keck Hawai 1 m/s
ESPRESSO, 8,2m VLT ESO-Xile < 10 cm/s
CARMENES, 3,5m CAHA 10 m/s a l’IR
![Page 19: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/19.jpg)
1992: Wolszczan i Frail Tres planetes entorn del púlsar PSR B1257+12
![Page 20: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/20.jpg)
Timing: pulsars
NN Ser: Beuermann et al (2010)
![Page 21: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/21.jpg)
Mètodes de detecció de planetes
![Page 22: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/22.jpg)
Trànsits
7 maig 2003: Mercuri davant Sol
![Page 23: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/23.jpg)
1999: HD209458 b primer trànsit planetari observat (Chrabonneau et al, 2000)
0,69 MJ 1,4 RJ planeta gegant
Observacions: P, e, i, 𝑟𝑝
𝑎
3a. Llei Kepler: 𝐺 𝑀∗ + 𝑚𝑝 =4𝜋2
𝑃2 𝑎3
propietats estrella 𝑀∗ assumint 𝑚𝑝 ≪ 𝑀∗ 𝑎
La combinació permet deduir 𝑟𝑝 Si també 𝑚𝑝 densitat
PROFUNDITAT 𝑟𝑝
𝑅∗
DURADA : 𝑟𝑝
𝑎 ,
𝑅∗
𝑎
gasós aigua rocós
![Page 24: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/24.jpg)
25x
PLATO (2024, ESA)
CoRoT (2006, França, ESA, ...)
TESS (2017-2019, NASA, tot el cel)
KEPLER (2009-2013), K2
![Page 25: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/25.jpg)
Kepler (Març/2009-
Maig/2013), Kepler 2 Observació quasi contínua d’unes zones de cel
Primeres corbes de llum
~ 1000 exoplanetes confirmats en 440 sistemes planetaris
![Page 26: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/26.jpg)
Mètodes de detecció de planetes
![Page 27: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/27.jpg)
lent gravitatòria
objecte al darrera
(estrella)
observador
Microlents gravitatòries
![Page 28: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/28.jpg)
lent gravitatòria
objecte al darrera
(estrella)
observador Imatge creada
(estrella)
Microlents gravitatòries
OGLE 2003-BLG-235 Bond et al (2004)
![Page 29: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/29.jpg)
Terra
GJ 1214 b Neptú
Inventari d’exoplanetes
Enciclopèdia d’Exoplanetes: http://exoplanets.eu
confirmats
descartats
Gl 581
Kepler 10 b
CoRoT-7b
![Page 30: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/30.jpg)
Inventari d’exoplanetes
![Page 31: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/31.jpg)
Massa vs semieix òrbita
![Page 32: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/32.jpg)
Massa vs Radi
![Page 33: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/33.jpg)
Resum
• Descobriment de nous planetes cada dia • Detectats aprox. 1900 planetes (molt diversos) • 480 sistemes planetaris múltiples (molt diversos) • Comencem a tenir força estadística, encara que esbiaixada
per les tècniques de detecció • Discos protoplanetaris • 50% de les estrelles tenen algun planeta • Molts sistemes planetaris • 20% de les estrelles tipus Sol tenen planetes de la mida de
la Terra a la zona habitable • Planetes també orbiten nanes blanques, nanes marrons,
púlsars, estrelles binàries, ...
![Page 34: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/34.jpg)
![Page 35: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/35.jpg)
![Page 36: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/36.jpg)
Futur
• Empènyer els límits observacionals cap a masses menors (terres al voltant de sols)
• Cerca de planetes a la zona habitable (estrelles fredes)
• Caracteritzar físicament els planetes (composició,
temperatura, densitat, gravetat, ...)
• Continuar la cerca sistemàtica per augmentar l’estadística
![Page 37: Detecció d’exoplanetes: tècniques i limitacions · 30-abril-2005 VLT, ESO, Xile 2M1207 Nana marró planeta primera imatge directa d’un planeta extrasolar (IR) 4 M J 1000 oC](https://reader030.fdocuments.es/reader030/viewer/2022040310/5d4561d888c9931d568cd2a7/html5/thumbnails/37.jpg)
HL Tau Nov 2014: ALMA , ESO edat < 1 Myr
Gràcies