3. Planety odległych gwiazd; powstawanie układów planetarnych. Chronometraż Ruchy gwiazdy Tranzyty Soczewkowanie grawitacyjne Hipotezy powstawania

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "3. Planety odległych gwiazd; powstawanie układów planetarnych. Chronometraż Ruchy gwiazdy Tranzyty Soczewkowanie grawitacyjne Hipotezy powstawania"

Mieczysław Osiński
7 lat temu
Przeglądów:

1 3. Planety odległych gwiazd; powstawanie układów planetarnych Chronometraż Ruchy gwiazdy Tranzyty Soczewkowanie grawitacyjne Hipotezy powstawania

2 M*V = m*v ===> V = v*m/m Ziemia: 30km/s ===> Słońce 0.1m/s Jowisz: 13km/s ===> Słońce 13m/s Jowisz na orbicie Merkurego ===> Słońce 46m/s JAK ZMIERZYĆ RUCH Z TAK MAŁĄ PRĘDKOŚCIĄ?

3 Arecibo

4 A. Wolszczan chronometraż pulsarów = obserwacja czasu nadejścia kolejnych pulsów promieniowania

7 2.7AU >???

9 Wokół typowych gwiazd M. Mayor i D. Queloz Spektrograf Elodie (15m/s) 193 cm teleskop Observatoire de Haute Provence >

10 Mayor i Queloz (1995) planeta gwiazdy 51 Pegasi gwiazda: 1,06 M_Sun, 45 l.św. od Ziemi planeta: 0,45 M_Jup, a=0.05 AU, P=4,231 d

11 G. Marcy P. Butler Butler i in. (1997) planeta b; przy dłuższych obserwacjach: modulacja z okresem 3,5 roku Planeta d; dalsza analiza jakości dopasowania planeta c

12 55 Cancri

13 Schemat spektrografu wysokiej rozdzielczości

14 Widmo otrzymane przy pomocy spektrografu HIRES

15 Ciężkie i blisko selekcja obserwacyjna Skąd jowisze tak blisko? Hipoteza: powstały daleko, zmieniły położenie.

17 Planety wokół gwiazd zawierających więcej niż średnio pierwiastków o dużych masach atomowych. [Mena i in (2010) arxiv: ]

18 C/O>0.8 ==> skład chemiczny pozwalający na formowanie olbrzymów bliżej gwiazdy macierzystej oraz powstawanie planet podobnych do Ziemi w wewnętrznych regionach dysku. Ale: nie widać korelacji tego czynnika z prawdopodobieństwem obecności planet. [Mena i in (2010) arxiv: ]

19 Planeta pozagalaktyczna? Planeta wokół gwiazdy zawierającej 100 razy mniej Fe niż Słońce, w odległości ~0.1 AU 2. Należąca do,,strumienia gwiazd'' w halo Galaktyki pozostałości po galaktyce karłowatej 3. Gwiazda,,już była'' czerwonym olbrzymem. Co działo się wtedy z planetą?

20 ... [

21 ,,Tranzyty Np: Jowisz Słońce: byłoby to przejściowe zmniejszenie jasności o 1% trwające ok. 30 h zdarzające sie co 11 lat i widoczne dla 1 spośród ponad 1000 obserwatorów losowo rozmieszczonych w przestrzeni

22 HD : przejścia planety przed gwiazdą 2001: sód w atmosferze planety 2003: wodór w górnych warstwach atmosfery 2004: węgiel i tlen

23 OGLE [Optical Gravitational Lens Experiment] Andrzej Udalski Teleskop Warszawski w Las Campanas (Chile) 1,3m

25 (Konacki i in.) (Udalski +OGLE)

26 Planeta HAT-P-1 masa: 1.38 M_Jowisz (Wizja artystyczna) Odkryta przy pomocy Hungarian Automated Telescope Średnia gęstość 4x mniejsza od wody. Obserwacja przejść pozwala określić rozmiary planety. Brak teorii wyjaśniającej duże rozmiary ogrzewanie powierzchni nie wystarcza.

27 Widmo gwiazdy oraz widma planet wokół niej (odbicie + emisja) obserwowane z dużej odległości. HJ hot Jupiter = duża i bliska planeta (~0.05 AU).

Obserwacje HD 189733A+b przy pomocy teleskopu kosmicznego

29 Obserwacje HD A+b przy pomocy teleskopu kosmicznego Spitzera, 8 mikronów. Widoczne zaćmienie wtórne oraz wpływ fazy planety.

30 Obserwacje HD A+b przy pomocy teleskopu kosmicznego Hubble'a. Model atmosfery zawierającej metan poprawia dopasowanie.

31 Przejścia wodoru wypływającego z planety 55 Cnc b przed tarczą macierzystej gwiazdy (55 Cnc) obserwowane w linii Ly-alfa przez HST. [Echrenreich et al. ArXiv: ; NASA]

32 Atmosfery odległych planet Obserwujemy > 2 tuziny (2010) W 8 przypadkach: wiele detali Przyszłość JWST (kolejny teleskop kosmiczny): atmosfery superziem Poszukiwanie planet zamieszkiwalnych

33 Kepler: ilość przechodzi w jakość Monitorowanie 100 tys gwiazd V<14 mag. Dla V=12 można wykryć przejście,,ziemi''.

34 Kepler: ilość przechodzi w jakość Monitorowanie 100 tys gwiazd V<14 mag. Dla V=12 można wykryć przejście,,ziemi''.

35 Monitorowanie 100 tys gwiazd V<14 mag. Dla V=12 można wykryć przejście,,ziemi''.

37 Okresy i rozmiary planet-kandydatów wykrytych przez teleskop Keplera. Kropki planety pojedyncze, kółka należace do układów z 2 planetami, trójkąty sześciokąty planety w układach z 3 6 planetami. Mniej olbrzymów w wielokrotnych? [Lissauer i in. (2011) arxiv: , ApJS Nov 2011]

38 Monitorowanie 100 tys gwiazd V<14 mag. Dla V=12 można wykryć przejście,,ziemi''.

41 ,,Soczewkowanie grawitacyjne

45 Zjawisko OGLE 2003-BLG-235/MOA 2003-BLG-53 OGLE: 22.VI.2003 MOA: 21.VII.2003

46 ( OGLE 2003-BLG-235/MOA 2003-BLG-53 ) Obserwacje nie dają pełnej charakterystyki układu planetarnego. Jeśli znajduje się on w najbardziej prawdopodobnej odległości 5.2 kpc (15000 l.św.), to składa się z gwiazdy o masie 0.36 M_Sun i planety o masie 1.5 M_Jup, w (zrzutowanej) odległości 3 AU.

47 Zjawisko OGLE 2005-BLG-071 Oszacowania oparte na wstępnej analizie obserwacji: gwiazda 0.6 M_Sun w odległości ok l.św. Planeta ok. 4 M_Jup w zrzutowanej odległości 2 AU

48 Zjawisko OGLE 2006-BLG M_Sun M_Jup 2.3 AU M_Jup 4.6 AU [Stosunki mas I odległości jak w układzie Słońce-Jowisz-Saturn]

49 Swobodne planety? 2 przykłady niezwykle krótkich zjawisk mikrosoczewkowania

50 Swobodne planety? Czas trwania ~ sqrt(m)/v; obserwacje sugeruja istnienie 2 typów obiektów

51 Swobodne planety czy brązowe karły? Ten swobodny obiekt ma cechy brązowego karła (gwiazdy zbyt lekkiej by zapoczątkować reakcje termojądrowe) a jednocześnie widmowo przypomina niektóre związane planety, które można było zaobserwować bezpośrednio.

56 VLT, Paranal Pierwszy obraz odległego układu planetarnego. Gwieździe 2M1207 w odległości ~200 l.św. od Ziemi towarzyszy planeta około 5 razy cięższa niż Jowisz. Odległość pomiędzy nimi to ok. 55 AU

57 GQ Lupi A, b [ESO VLT, Paranal]

59 Jak zbudowane są planety? Zależność rozmiarów od masy dla gazowych kul. Dla mas >0.075 M_sun w centrum zachodzą reakcje termojądrowe. Takie obiekty są gwiazdami. Lżejsze obiekty to brązowe karły (zbyt lekkie by stać się gwiazdami) lub planety (powstałe w otoczeniu gwiazd). [Chabrier et al. (2011) IAU Symp. 276, p 171]

60 Jak zbudowane są planety? Zależność rozmiarów od masy dla kul o różnym składzie chemicznym. Tylko Jowisz może mieć skład słoneczny. Inne planety Układu Słonecznego są wzbogacone w substancje o dużych gęstościach. To samo dotyczny pokazanych planet innych gwiazd. [Chabrier et al. (2011) IAU Symp. 276, p 171]

61 Jak powstają planety? Artystyczna wizja pokazująca powstanie gwiazdy, utworzenie dysku protoplanetarnego, jego stygnięcie i powstawanie planet

62 Jak powstają planety? T Tauri powstająca,,właśnie'' gwiazda w otoczeniu obłoku gazu I pyłu Gwiazdy typu T Tauri w Mgławicy Oriona otoczone dyskami protoplanetarnymi

63 Jak powstają planety? Dysk protoplanetarny (nasz: >0.01 M_Sun) Wpływ gwiazdy na dysk (linia śniegu ~3AU) pył-->skały/lód (1m)-->planetezymale (1km)???,,embriony'' (~0.01 M_Earth) przyłaczają planetezymale, powiększają się,,oligarchia'' największe najszybciej Wewnątrz linii śniegu wzrost do <10 M_Earth Na zewnątrz możliwe przekroczenie i akrecja gazu Oddziaływanie z dyskiem migracja, a nawet spadek na gwiazdę!!! Promieniowanie gwiazdy usuwa gaz (miliony lat)

64 Jak powstają planety? Symulacje: niewielkie aglomeraty pyłu,,sklejają się'' w większe. Gęstość powstającego obiektu zależy od względnych prędkości Blum I Wurm (2008) ARAA,46, 21. Podsumowanie laboratoryjnych eksperymentów (także w warunkach znikomej grawitacji). Bezpośredni wzrost ciał >10cm w zderzeniach nie wydaje się możliwy...

65 Rozkład mas w zależności od właściwości dysku. Nie uwzględniona migracja. [Fortier et al. ArXiv: ]

66 Rozkład mas w zależności od wielkości planetezymali (symulacja). Nie uwzględniona migracja. [Fortier et al. ArXiv: ]

67 Jak ewoluują układy planetarne? Oddziaływanie z dyskiem: migracja (problem: za szybka)

68 Jak ewoluują układy planetarne? Oddziaływanie pomiędzy planetami (Np: układ Jowisz-SaturnUran-Neptun mógł poczatkowo mieścić się w 15AU) Inna hipoteza: Saturn,,wyrzuca'' Neptuna na większą orbitę [ Tsiganis i in. (2005) Nature 435, 459]

69 Podsumowanie Liczba obserwowanych układów planetarnych rośnie Przewaga jowiszów -selekcja obserwacyjna jowisze blisko ==> wędrówka planet? Więcej danych ==> pełniejsza teoria ewolucji układów planetarnych?

Podobne dokumenty

Planety odległych gwiazd

Planety odległych gwiazd Metody: Chronometraż Prędkości radialne Tranzyty Soczewkowanie grawitacyjne Hipotezy: Powstawanie układów planetarnych Przyszłość: Poszukiwanie zamieszkanych globów M*V = m*v ===>