Transcript till stjärnan

Orienteringskurs
Astrobiologi
Del 9
Tidiga spekulationer
Epikur: “Det finns oändliga antal världar lika vår jord. Vi måste
tro att i alla väldar finns det levande varelser och
planeter och andra saker som finns i världen”
Giordano Bruno: Det finns otaliga stjärnor och otaliga jordar
som rotera kring deras solar i exakt samma
sätt som de 7 (!) planeter i vårt system.
Dessa otaliga världar är inte sämre och inte
mindre bebodda än vår jord
Epikur
Giordano Bruno
Campo dei Fiori
Tidiga spekulationer
Huygens: “Varför skulle inte en av dessa stjärnor har en så
stor skara av planeter som vår. Det finns starka skäl
att den skulle.
Kapten W. S. Jacob: Avvikelser i omloppstider av 70 Ophiuchi
tyder på planet (handlade om
dubbelstjärna)
Problem: Bruna dvärgar och andra mörka objekt ofta misstänktes
som exoplaneter.
Madras Observatory
Vad skiljer exoplaneter från bruna dvärgar ?
Definition av IAU för exoplaneter
Objekt med en massa mindre än nedre gränsen för termonuklear
fusion av deuterium (M = 13 Jupiter vid solmetallicitet, T ~ 106 K )
som kretsar kring stjärnor eller stjärnrester.
Objekt med en högre massor klassificeras minst som bruna dvärgar
Objekt som flyger fritt i stjärnhopar under deuteriumfusionsmassa
betecknas som sub-bruna dvärgar (sub brown dwarfs)
Planeterna måste uppfylla minimikrav som gäller i solsystemet
Första upptäckter
1988:
Campbell, Walker & Young rapporterar “stellar companion”
(medföljare till stjärna) i g Cephei och c1 Orionis A)
 massa för liten för bruna dvärgar
1992:
Alexandr Wolszczan and Dale Frail upptäcker de första
enhälligt bekräftade exoplaneter
2002:
Jupiter-lik planet bekräftat i g Cephei
Men: Pulsarer är inte särskit livsvänliga
Första upptäckter
1995:
Michel Mayor & Didier
Queloz upptäcker första
exoplaneten kring en
huvudsekvensstjärna (51 Peg)
Observatoire Haute Provence
Namn av exoplaneter
I dag kring 700 exoplaneter upptäckta, nomenklatur nödvändig
2 delar (versaler ockh icke-versaler)
Första upptäckta stjärnan i ett stjärnsystem får A (versaler i
parentes), nästa B, C och så vidare.
Varje av dessa stjärnor får dessutom en liten a. När solen blir
upptäckt av utomjordingar,blir namnet, Sol (A)a
Exoplaneter som kretsar kring en eller flera stjärnor, får namnet
av stjärnan/-stjärnor de krtsar kring i parentes och numereras
i följd av upptäckten.
Jupiter skulle sedan troligen heter Sol (A)b, Saturn (A)c
Om det är otvetydigt kan versaler i parentes försummas, t. ex.
ska Jupiter vara Sol b, solen Sol a
Metoder att upptäcka exoplaneter:
Radial hastighet
Planeter och stjärnor
kretsar kring massmedelpunkten av stjärnsystemet, inte mitten av
stjärnan
Liten rotation av stjärnan
Blåskift vid rörelse till
jorden, rödskift vid
motsatt rörelse
Flesta exoplaneter
detekteras på detta
vis
Metoder att upptäcka exoplaneter:
Radial hastighet
Mayor & Queloz 1995
Vid flera exoplaneter
i et stjärnsystem
Anpassning till flera radialhastighetskurvor nödvändiga.
Vid Gliese 581 6 exoplaneter upptäckta
Metoder att upptäcka
exoplaneter:
Pulsar timing
Liknar i princip radialhastighetsmetoden
Pulsarer har mycket väldefinierad
radio frekvens (1.4 ms till 8 s)
Användes av Wolszczan 1994
för exoplnetupptäckt
funkar tyvär bara för pulsarer
(ointressanta för liv)
Metoder att upptäcka
exoplaneter:
Transitmetoden
Planeten reducerar ljusintensiteten
från stjärnan när den passerar
framför den (primär förmörkelse)
kan uppnå till mer än 1.8 %
kräver att solen ligger i eller nära
banytan av planeten (trolighet
minskar med avstånd)
flera planeter kan upptäcks på
detta vis
Katalog om eklipser finns på
nätet, även 0.5 m teleskop
kan används för att iaktta transiter
Metoder att upptäcka exoplaneter:
Transitmetoden
Ljusintensiteten minskar också när planeten passerar bakom den
(sekundär förmörkelse)
Möjligt att utforskar ljuset från planeten genom att observera först
när planeten är inte framför stjärnan (ljus från planet + stjärna)
och jämföra den med obseervation av sekundär förmörkelse
Kunde tillåter slutsatser om exoplaneters atmosfär
FINESSE missionen (JPL, California planerad)
FINESSE koncept
Problem: Minst 104 faktor skillnad mellan planetens och stjärnans
ljusintensitet
kräver detektorer med stor dynamiskt område
Metoder att upptäcka exoplaneter: Microlensing
Relativitetsteorin fastställar at tyngdkraften böjer rymden
om jorden och 2 stjärnor ligger exakt på en linje, avböjs ljuset
kring den närmare stjärnan
bakomliggande stjärna ses som en halo
Metoder att upptäcka exoplaneter: Microlensing
Microlensing öker också intensiteten från bakomliggande stjärnor
Exoplaneter påverkar mikrolensingsignaler (mindre lensing från planeten
också
Planeter som har en bana som är lodrätt till observationsriktningen kan
upptäcks
Variation av transittiden och transitlängden
Andra planeter påverkar transittiden och transitlängden genom
- förskutning av periastron
- förändring av alla banparameter (excentricitet, omloppstid)
mycket känslig metod
kräver närvaro av stora
planeter med korta
omloppstider
rörelsen av stjärnan
kring massmedelpunkten
förskjuter transittiden
bara om stjärnan är
exakt före eller bakom
massmedelpunkten
är transittiden exakt
Modeller av transittidvariation
Kan anpassas ganska noggrannt
till flerplanetsystem
oftast dåligt signal- brus
förhållande
Transittidvariation av
Gliese 876 b
Transittidvariation
Transittidvariation av
av planeter
planeter i i vårt
vårt
solsystem
solsystem sett
sett utifrån
utifrån
Metoder för att upptäcka
exoplaneter: Direct imaging
2004 första planet kring en brun
dvärg upptäckt
Funkade långt bara för mycket stora
planeter med mycket starka teleskop
(Gemini)
sedan 2010 teleskop på JPL som klarar
bättre upplösning
möjligtvis kan interferometri utnyttjas
att subtrahera bort stjärnljus
starka interferometrar (ALMA, LOFAR)
kunde användas för detta ändamål
Inbland är direkt upptäckt möjlig efter blockering av stjärnans ljus
(vid Fomalhaut finns det troligen en super-Jupiter mer än 100 AU
bort från stjärnan)
Andra metoder
Astrometri: Exact bestämmning av position av en stjärna över tiden
(används redan för dubbelstjärnsystem sedan länge
Dubbelstjärnförmörkelse: I ett dubbelstjärnsystem kan förmörkelser
iakttags när jorden ligger i dess rotationsyta. Planeter påverkar
förmörkelselängden och tiden genom deras gravitationsfält (kan används
även för upptäckten av exomånar)
Reflektion: Planeter går genom faser beroende av orbitalpositionen
(som månen). Skillnader i ljusintensiteten kan detekteras
Exoplanetatmosfärer kan
- ändra stjärnljusets polarisation
- leder till norrskenemission (troligen för svag i synligt ljus,
men kanske detekterbar med radioastronomi)
Planetatmosfärer
Första obekräftate detektion av metan och vatten i en exopplanetatmosfär (Swain, 2009)
Upptäckte senare ifrågasetts (Mumma 2010)
First tentative observation of methane in HD 189733b
Antal av exoplaneter upptäckta med olika metoder
Antal av exoplaneter upptäckta med olika metoder
Transit
Radialhastighet
Microlensing
Timing
Direkt observation
Exoplaneter i bebobar zon ?
Gliese 581 g (en bebobar planet)
Detekterat av Lick-Carnegie Exoplanet survey
Gliese 581 g - en bebobar planet ?
Omlopsstid 37 dagar, omloppsbana 0.146 AU från stjärnan
Massa 3.1 - 4.3 jordmassor
kunde ha atmosfär
Utan atmosfär temperatur -65 till - 45 oC (kretsar kring röd dvärg)
“tidal locked“ till stjärnan (potentiell nackdel för liv)
existens ifrågasätt av HARPS/HIRES teamen
HARPS
(High Accurracy Radial Velocity Planet Searcher)
Leds av Michel Mayor (Université de Génève)
Använder 3.6 m teleskop vid La Silla (Chile)
kan detektera radiala hastighetsskillnader
av 1m/s
150 exoplaneter upptäckta
Mest uppseendeväckande upptäckt:
HD 85512 b (3.5 jordmasor på randen av
bebobar zon, T utan atmosfär ungefär
300 K, avstånd från stjärnan 0.26 AU,
period 54 dagar)
ESO 3.6 m teleskop (La Silla)
HIRES
(High Accurracy Echelle spectrometer)
Högupplösningsspektrometer lokaliserad på Keck 10 m teleskop på
Mauna Kea, Hawai’i
kontinuerlig täckning för våglängder nedanför 620 nm (röd)
2 10m teleskop på Keckobservatoriet är sammankopplade
till stor interferometer
Rå spektrum från solljus
Utanalyserat spektrum
Keck telescope
KEPLER
0.95 m rymdteleskop
observerar 100 000 stjärnor inom 3.5 år
Använder transitmetoden för att
upptäcka och karakterisera exoplaneter
Uppskjuten i mars 2009
KEPLER
Uppgifter
Bestämma tätheten av jordlika och större planeter i eller nära den
bebobara zoinen i en stor antal avv olika stjärnor
Bestämma fördelningen av storleker och egenskaper av planeter
Bedöma hur många planeter exisaterar i miultistjärnsystem
Bestämma variationen av banradier och planeters reflektivitet, storleker,
massor, tätheter av stora planeter med kort omloppstid
Idenntifiera ytterliga planeter i redan upptäckta planetsystem
Utforska egenskaper av stjärnor med planetsystem
DARWIN
4-5 rymdtelekop, 1 skulle fungera som kommunikations central
parkerad vid Lagrange L2 punkten (1.5 miljoner km från jorden)
skulle hitta ozon, koldioxid och vatten samtidigt i ett
exoplanetatmosfär
Nedprioriterad av ESA
COROT
30 rymdtelekop, 1 skulle fungera som kommunikations central
startat i december 2006
Uppgifter:
- att detektera planeter i andra stjärnsystem genom
transitmetoden
- att studera stjärnans inre
genom att studera seismiska
rörelser över stjärnan som
ändrar dess luminositet
- att beräkna stjärnors massa,
ålder och kemisk sammansättning
från dessa rörelser