Pozasłoneczne układy planetarne

Transkrypt

1 Planeta wokół gwiazdy 55 Cancri, wizja artysty NASA/JPL-Caltech) Gwiazda HD oraz okrążająca ją planeta HD b zaliczana do gorących jowiszy wizja artysty Opracował: Lech Głazunow Gimnazjum nr 2 w Nysie 1

2 Układ Słoneczny (źródło: wikipedia.org) Poszukiwanie innych światów podobnych do naszych ziemskich od dawna intrygowało ludzi. Pytanie, czy istnieje gdzieś we wszechświecie inne życie pojawiało się zawsze, gdy informowano o nowych odkryciach astronomicznych. Gimnazjum nr 2 w Nysie 2

3 Gdy ponad 400 lat temu Galileusz odkrywał księżyce Jowisza, potwierdzając Teorię Kopernika, że Ziemia ze swoim Księżycem nie jest szczególnym obiektem astronomicznym, uczeni śmielej zaczęli poszukiwać nowych planet. Gimnazjum nr 2 w Nysie 3

4 Dzisiaj wiemy, że Układ Słoneczny ma osiem planet, na jednej z nich istnieje życie, w naszej galaktyce- Drodze Mlecznej jest około 200 miliardów gwiazd, czy wokół innych gwiazd istnieją inne Ziemie? Gimnazjum nr 2 w Nysie 4

5 Aleksander Wolszczan w obserwatorium Arecibo w Arecibo, Puerto Rico (źródło: Aleksander Wolszczan jako pierwszy astronom (oficjalnie 1992 rok) odkrył pozasłoneczny układ planetarny. Obecnie (listopad 2014) Encyklopedia pozasłonecznych układów planetarnych stwierdza istnienie 1849 planet. Gimnazjum nr 2 w Nysie 5

6 Pulsar w mgławicy Krab. Źródło: NASA/STScI Pulsar jest rodzajem gwiazdy neutronowej o rozmiarze kilkunastu kilometrów oraz masie zbliżonej do Słońca. Pozostała ona po eksplozji supernowej, która kilkaset milionów lat temu wyrzuciła swoją materię w przestrzeń. Gimnazjum nr 2 w Nysie 6

7 Schemat pulsara: model latarni morskiej. Kula w środku przedstawia pulsara, białe linie to linie pola magnetycznego. W ciągu jednej sekundy pulsar obraca się kilkaset razy, wysyłając w kosmos potężne impulsy promieniowania radiowego, niczym wielka kosmiczna latarnia. Gimnazjum nr 2 w Nysie 7

8 Planety krążące wokół pulsara PSR Źródło: (wizja artysty, NASA/JPL-Caltech) SR (skatalogowany również jako PSR B , PSR , lub PSR J ) to pulsar odległy od Ziemi o 980 lat świetlnych. Wokół znajdują się pierwsze zidentyfikowane pozasłoneczne planety. Gimnazjum nr 2 w Nysie 8

9 Układ składa się z czterech ciał kosmicznych. Znajduje się w gwiazdozbiorze Panny. Choć PSR B jest niezwykłą gwiazdą, jej planety przypominają trzy pierwsze globy krążące wokół naszego Słońca. Główna różnica polega na tym, że system planetarny pulsara jest bardziej zwarty. Gimnazjum nr 2 w Nysie 9

10 Rysunek przedstawia porównanie rozmiarów i odległości Słońca i trzech najbliższych mu planet (Merkurego, Wenus i Ziemi) z odkrytymi przez A. Wolszczana planetami krążącymi wokół pulsara PSR B '. Uwaga: odległości przedstawione są w innej skali niż rozmiary gwiazd i planet - te ostatnie znacznie powiększono dla czytelności obrazu. Gimnazjum nr 2 w Nysie 10

11 Wizja artystyczna planety b, gwiazdy HR 8799 Z tego powodu, że masa pulsara jest większa, jego planety krążą szybciej. Gdyby jednak dwukrotnie powiększyć ich orbity, osiągnęłyby one rozmiary orbit Merkurego, Wenus i Ziemi. To zaś zdaje się świadczyć o tym, że planety pulsara, a być może także systemy planetarne w ogóle, spełniają regułę Titiusa-Bodego, opisującą odległości planet od Słońca. Gimnazjum nr 2 w Nysie 11

12 Warunki panujące na planetach Wolszczana są niezwykle egzotyczne. Dwie z nich mają masy zbliżone do Ziemi, ale krążą dosyć blisko pulsara. Pole magnetyczne gwiazdy neutronowej jest źródłem promieniowania mikrofalowego. Dodatkowo pole magnetyczne rozpędza cząstki elementarne niczym akcelerator. Gimnazjum nr 2 w Nysie 12

13 Na planety Wolszczana spada ciągły deszcz rozpędzonych do wielkich prędkości jonów. Takie warunki byłyby zabójcze dla człowieka znajdującego się na powierzchni. Jednak życie potrafi przetrwać w głębinach oceanów chronione przez kilometry wody lub lodu. Gimnazjum nr 2 w Nysie 13

14 Nawet na powierzchni mogą istnieć organizmy czerpiące energię z zabójczego promieniowania. Wielka odporność znanych ludziom form życia budzi cichą nadzieję, że ewolucja na planetach Wolszczana mogła jednak stworzyć organizmy zdolne do wzrostu w tak niekorzystnych warunkach. Gimnazjum nr 2 w Nysie 14

15 Metody odkrywania planet pozasłonecznych Potrójny zachód słońca na HD A b, wizja artysty (Źródło: NASA/JPL-Caltech) Odkrywanie pozasłonecznych układów planetarnych jest zadaniem trudnym, ponieważ planety świecą jedynie odbitym światłem, są więc wielokrotnie mniej jasne niż gwiazdy. Dodatkowo ich światło jest przyćmiewane przez blask gwiazd, wokół których krążą. Gimnazjum nr 2 w Nysie 15

16 Metody odkrywania planet pozasłonecznych Częstotliwości pulsarów Metoda zastosowana przez Aleksandra Wolszczana, który badał częstotliwości impulsów generowanych przez pulsara PSR B Okazało się, że impulsy te nie nadchodziły idealnie równomiernie raz miały większą a raz mniejszą częstotliwość. Gimnazjum nr 2 w Nysie 16

17 Metody odkrywania planet pozasłonecznych Ruch własny gwiazd Metoda stosowana w przypadku tych gwiazd, które poruszają się najszybciej względem sfery niebieskiej. Dzięki szybkiemu przesuwaniu się można analizować tor jej ruchu, który nie jest odcinkiem prostej ma "pofalowany" kształt. Sugeruje to obecność towarzysza planety powodującej "kołysanie się" gwiazdy. Gimnazjum nr 2 w Nysie 17

18 Metody odkrywania planet pozasłonecznych Dopplerowskie przesunięcia widma gwiazd Jeżeli dookoła gwiazdy krążą planety, powodują one tak jak w przypadku układów wokół pulsarów przybliżanie się i oddalanie macierzystej gwiazdy do i od obserwatora, co owocuje przesunięciami linii w jej widmie. Gimnazjum nr 2 w Nysie 18

19 Metody odkrywania planet pozasłonecznych Planeta skalista OGLE-2005-BLG-390 Lb, lodowaty glob okrążający czerwonego karła, wizja artysty Zjawisko mikrosoczewkowania grawitacyjnego Zazwyczaj obserwujemy soczewkowanie gwiazdy tła przez inną gwiazdę. Jeśli w jej pobliżu znajduje się także planeta, to przy pewnej ilości szczęścia może zdarzyć się, że wpłynie ona w znaczący sposób na obserwowaną krzywą zmian blasku. Gimnazjum nr 2 w Nysie 19

20 Metody odkrywania planet pozasłonecznych Przejście planety na tle tarczy gwiazdy Obserwacja blasku danej gwiazdy pozwala wtedy na identyfikację momentu, w którym planeta przechodzi na tle tarczy swej gwiazdy. Następuje wtedy nieznaczny spadek jasności gwiazdy. Gimnazjum nr 2 w Nysie 20

21 Metody odkrywania planet pozasłonecznych Kepler-62f na tle swojej gwiazdy wizja artystyczna (NASA) Kształt pyłowych dysków wokół gwiazd Metoda ta polega na porównaniu obserwowanego wyglądu takiego dysku z komputerowymi symulacjami. Symulacje takie buduje się w oparciu o model, który zakłada, że oprócz centralnej gwiazdy i pyłowej otoczki istnieje w pobliżu planeta. Gimnazjum nr 2 w Nysie 21

22 Metody odkrywania planet pozasłonecznych Kepler-62f na tle swojej gwiazdy wizja artystyczna (NASA) Projekt OGLE Nową metodę poszukiwań planet wykorzystującą spadki blasku gwiazd powodowane przez przejście planety na tle tarczy gwiazdy zaproponował polski zespół w ramach projektu OGLE. Gimnazjum nr 2 w Nysie 22

23 Metody odkrywania planet pozasłonecznych Kepler-62f na tle swojej gwiazdy wizja artystyczna (NASA) Projekt OGLE Polacy zdecydowali się na coś zupełnie nowego - jednoczesne obserwowanie wielu gwiazd i wyłapywanie niezwykle subtelnych zmian w ich jasności. Dlaczego? Bo jeśli wokół gwiazdy krąży planeta to co pewien czas powinna nieco osłabić jej widoczny z Ziemi blask. Gimnazjum nr 2 w Nysie 23

24 Metody odkrywania planet pozasłonecznych Kepler-62f na tle swojej gwiazdy wizja artystyczna (NASA) Projekt OGLE Metodę "masowego odkrywania planet" opracowali: prof. Andrzej Udalski, kierownik projektu OGLE, prof. Marcin Kubiak, dr Michał Szymański z Instytutu Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego oraz prof. Bohdan Paczyński, pracujący na Uniwersytecie Princeton. Gimnazjum nr 2 w Nysie 24

25 Liczba odkrytych planet w poszczególnych latach z podziałem na metody odkryć. Dane do 2014 roku. Odkrycia potwierdzone od 1992 roku. źródło: Exoplanet Discovery Methods Bar Gimnazjum nr 2 w Nysie 25

26 Aleksander Wolszczan Urodzony 29 kwietnia 1946 roku w Szczecinku, polski astronom, ukończył Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, w latach 70-tych przebywał na stażu w Instytucie Radioastronomii Maksa Plancka w Bonn, stopień doktora fizyki uzyskał za pracę poświęconą pulsarom, od 1982 roku na stałe za granicą. We wrześniu 1990 roku za pomocą radioteleskopu w Arecibo (Portoryko) odkrył pierwsze 3 planety poza Układem Słonecznym, krążące wokół pulsara PSR w konstelacji Panny. (źródło: Gimnazjum nr 2 w Nysie 26

27 Aleksander Wolszczan Odkrycie zostało oficjalnie zaprezentowane na zjeździe Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego w Atlancie w styczniu 1992 roku i opublikowane w naukowym czasopiśmie - Nature w dniu 9 stycznia 1992 roku. W 1992 roku otrzymał Nagrodę Fundacji na rzecz Nauki Polskiej za odkrycie pierwszego pozasłonecznego układu planetarnego. (źródło: Gimnazjum nr 2 w Nysie 27

28 Aleksander Wolszczan (źródło: Aleksander Wolszczan jest wybitnym światowym specjalistą w dziedzinie badania pulsarów, a zwłaszcza tzw. chronometrażu pulsarów. Jego pozasłoneczny układ planetarny stanowi jedno z największych odkryć ostatnich lat. Według prof. Bohdana Paczyńskiego z Princeton University "jest to największe odkrycie dokonane przez polskiego astronoma od czasów Kopernika". Gimnazjum nr 2 w Nysie 28

29 Podsumowanie Można mieć nadzieję, że gdy zbadamy większą liczbę odległych pulsarów, odkryjemy dalsze układy planetarne na różnych etapach ich powstawania. Być może obserwacje pulsarów pozwolą nam stwierdzić, jak wyglądał nasz układ w początkach swojego istnienia. Gimnazjum nr 2 w Nysie 29

30 Bibliografia zdjęcia: html Konacki, M. & Wolszczan, A. "Masses and Orbital Inclinations of Planets in the PSR B System" 2003, ApJ, 591, L147. Hansen, B. M. S. Stellar Collisions and Pulsar Planets 2001, in ASP Conf. Ser. 263, Stellar Collisions, Mergers, and Their Consequences, ed. M. M. Shara (San Francisco: ASP), 221. Miller, M. C., & Hamilton, D. P. Implications of the PSR Planetary System for Isolated Millisecond Pulsars 2001, ApJ, 550, 863. Gimnazjum nr 2 w Nysie 30

31 Bibliografia Wolszczan, A., Hoffman, I. M., Konacki, M., Anderson, S. B., Xilouris, K. M. "A 25.3 Day Periodicity in the Timing of the Pulsar PSR B : A Planet or a Heliospheric Propagation Effect?" 2000, ApJ, 540, 41. Konacki, M., Lewandowski, W., Wolszczan, A., Doroshenko, O., & Kramer, M. "Are There Planets around the Pulsar PSR B ?" 1999, ApJ, 519, 81. Wolszczan, A., "Searches for Planets Around Neutron Stars'' 1997, Celestial Mechanics, 68, 13. Wolszczan, A. "Confirmation of Earth--Mass Planets Orbiting the Millisecond Pulsar PSR B " 1994, Science, 264, 538. Wolszczan, A., & Frail, D. A. A Planetary System around the Millisecond Pulsar PSR , Nature, 355, 145. Gimnazjum nr 2 w Nysie 31