Exobolygók. Molnár László MTA CSFK

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Exobolygók. Molnár László MTA CSFK"

Dóra Molnár
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Exobolygók Molnár László MTA CSFK Csillagászati Alaptanfolyam 2013

2 Exobolygók Nem a Nap körül Pontos/végleges definíció nincs Óriásbolygók/barna törpék Határ ~ 13 Jupitertömeg körül Energiatermelés vagy keletkezés alapján? Kis égitestek Csillag nélküli bolygók Naprendszerhez hasonló problémák

3 Történet Más csillagok is Naphoz hasonlóak, bolygóik lehetnek 1584 Giordano Bruno Newton is utal rá Első állítások 19. sz Oph (elős bizonyított fizikai kettős) anomáliák tévesnek bizonyultak , Peter van de Camp Barnard-csillag asztrometriája műszereffektusok

4 Történet Főként asztrometriai állítások Otto Struve (1952) radiálissebesség-mérések vagy tranzitok (fedések)

5 Történet Főként asztrometriai állítások Otto Struve (1952) radiálissebesség-mérések vagy tranzitok (fedések)

6 Történet 1988 radiálissebesség-változások a gamma Cephei -nél Határeset, csak 2003-ban igazolták 1992: Wolszczan & Frail első pulzárbolygók PSR bolygó Pulzár időjelek modulációja

7 - Másodlagos bolygórendszer - Szupernóva után létrejött törmelékkorongból - Ritka

8 Történet 1995 Mayor & Queloz 51 Pegasi b Első igazi bolygó igazi csillag körül Radiálissebesség-mérések P = 4,23 nap Msini = 0,47 MJ A ~ 60 m/s Első forró Jupiter

9 Történet 1999 HD b első fedési exobolygó 2003 első mikrolencse M1207 b első közvetlen képalkotás 2004,5 első szuperföldek(?) 55 Cancri e, Gliese 876 d 2011 COROT-7b Első valódi kőzetbolygó

10 Felfedezések száma

12 Dinamika TTV

13 RV mérések Csillag Doppler-eltolódása egyvonalas spektr. kettős Amplitúdó ~ tömegarány (km/s m/s) sini függés!! Csak alsó tömegkorlát Keringési periódus, excentricitás igen, méret (sűrűség) nem Több periodicitás szétválasztása problémás O,B,A csillagokban nincsenek jó, keskeny vonalak forgás, foltok, oszcillációk zavarhatnak

14 RV mérések - HARPS High Accuracy Radial velocity Planet Searcher - echelle spektrográf Chile, La Silla 3,6 m távcső, ~ 1 m/s pontosság Eddig 135 bolygó

15 Gliese vagy 4 bolygó? Vogt, Butler & Rivera, 2010 Forveille et al. 2011

16 Timing (O-C) O-C: obszervált kalkulált Periodikus jelek modulációja a fényidőeffektus által TTV tömegbecslés Több-bolygós rendszerek, nem fedő tagok KOI-872

17 Dinamikai módszerek Radiális sebesség (RV) Timing (O-C) pulzárok, pulzáló változók Fény-idő effektus, megfigyelő távolsága változik TTV (Transit-Timing Variations) Közeli bolygók kölcsönös perturbációi RV nélkül lehet tömeget becsülni! Asztometria GAIA fog áttörést hozni

18 Képalkotás TTV

19 Közvetlen képalkotás Komoly nehézségek Hatalmas kontraszt IR-ben kisebb Kis szögtávolság, < 1 -> koronográf + AO Nagy fizikai távolság lassú keringés

20 TTV Fényváltozások

21 Mikrolencsék Bolygók által okozott grav. lencsézés Egyetlen csillag által -> Bolygó, közel az Einstein-gyűrűhöz jelentősen módosítja Kausztika megtört/eltérített fénysugarak burkolója

27 Mikrolencsék Néhány órás-napos jelenség Távoli bolygókra is érzékeny Lencsézés kevésbé függ a bolygó tömegétől Nem megismételhető! Gazdag háttér szükséges LMC, SMC, dudor OGLE, EROS, MOA, MACHO felmérések 20 bolygó Szabadon lebegő bolygók is!

28 TTV Fényváltozások

29 Fedési exobolygók Csillagkorong előtt elhaladó bolygókorong -> korongra integrált fényesség lecsökken Fedési kettősökkel ekvivalens jelenség Közelebbi/nagyobb bolygókra érzékenyebb Távolabbi: fedések ritkábban, jó geometria valószínűsége csökken Méret (arányok)at ad, tömeget nem! RV, TTV, sok bolygó szükséges Hamis pozitívak kizárása komoly probléma

30 Vénusz

31 Merkúr

32 Fedési exobolygók Hamis pozitívak: Kettős súroló fedése alak általában eltér Extrém kettőscsillag óriás/törpe pár Blend: harmadik csillag összfényesség vs. fedési mélység

33 Földi felmérések Számos program indult (2000-es évek) Csak pár lett sikeres (HATNet, (Super)WASP)

34 Forró Jupiterek Kezdeti mérések (RV, tranzit) közeli óriásbolygókra voltak érzékenyek Forró Jupiterek légköre a hőtől felpuffad -> mély fedés Gázcsóva is kialakulhat Kezdetben anomáliának tekintették Egyre több: migráció bevezetése a bolygókeletkezési modellekbe

35 HAT-P-32b felpuffadt forró Jupiter HAT-P-11b első forró Neptunusz 1,2 m FLWO és 60/90

36 Egyre ritkább gázbolygók

37 Barna törpe sivatag Forró Jupiterek és kettőscsillagok közötti hiány Közeli barna törpék (< 5 AU) beolvadnak az anyacsillagba a keletkezés után? (migráció) Kettős barna törpék viszont léteznek!

38 Űrtávcsövek Számos előny: kvázi-folytonos megfigyelések, fotometriai stabilitás és pontosság Kisebb/távolabbi bolygók Távoli gáz/jégbolygók Kőzetbolygók Bolygók a lakhatósági zónában Statisztikák Asztroszeizmológia egy nagyságrenddel pontosabb méret, kor, stb. (~1-3%)

39 Űrtávcsövek Eddington (ESA) Keplerhez hasonló, de nagyobb projekt , törölték CoRoT (CNES, ESA) 2006(-2012) Csak megerősített bolygók (tömeg) 24 bejelentett, több száz jelölt Első szuperföld Magas FP arány

40 Kepler NASA, Egyetlen égterület, min. 3,5 évig Föld-analógok statisztikája ~ válogatott csillag Egyedi bolygók kevésbé érdekesek Bolygójelölt-listák, megerősítés nélkül FP alacsony, 10-30%

41 Új irányok Több száz ismert exobolygó Nagyságrendi ugrás a fotometriai pontosságban Felfedezés -> karakterizálás Egyedi bolygók részletes karakterizálása Összetétel, légkör Kőzetbolygók, lakhatósági zónába esők keresése Új bolygótípusok bolygókeletkezési elméletek Statisztikai vizsgálatok

42 Pontosság javulása

43 HAT-P-11b eclipse mapping Csillagfoltok, nagy inklinációjú bolygó

44 Szuperföldek Földnél nagyobb tömegű/méretű kőzetbolygók Közel a csillaghoz lávabolygók COROT-7b P = 20.5 óra 6-8 MFöld 1.55 RFöld 5-10 g/cm K

45 Szuperföldek Földnél nagyobb tömegű/méretű kőzetbolygók Közel a csillaghoz lávabolygók Kepler-10b P = 20 óra MFöld 1.4 RFöld 7-11 g/cm K

47 Vízbolygók, Neptunuszok Hiányzó példák: Föld Neptunusz közti bolygók Szuperföldek, mini Neptunuszok, forró Neptunuszok Nagy kőzetbolygók, kis, nagy víztartalmú bolygók (>10 %) Forró Neptunusz: Kepler-4b méret, tömeg azonos, sokkal közelebb Vízbolygó: Kepler-22b felt. kis kőzetmag, vastag folyadék és/vagy gázköpeny

48 Közöttük csak exobolygók

50 Kettősök körüli bolygók A. k. a. Tatuinok 16 rendszer eddig

51 Kettősök körüli bolygók A. k. a. Tatuinok 16 rendszer eddig Kepler-64b: még 2 távoli csillag

52 Kettősök körüli bolygók Két csillag miatt a besugárzás erősen változik Kepler-34b és Kepler-35b

53 Forró Jupiterek magányosak

54 Kepler többes rendszer(jelöltek), 2012 június Nagyrészt valós több, független fals pozitív esélye sokkal kisebb TTV több esetben is

55 Többes rendszerek Fedések egyértelműbbek, mint az RV adatok periodicitásai Legtöbb: 7 bolygó: HD bolygó: Kepler-11, HD 40307

56 Többes rendszerek Több pár is középmozgásrezonanciában, vagy ahhoz közel

57 Többes rendszerek - Kepler-42 (KOI-961): három bolygó, Föld és Mars közötti - Egész elfér a Jupiter rendszerében - Kepler-20: 3 gáz, 2 kőzet, rossz sorrend, felváltva

Legkisebb KIC 12557548 b Nem látjuk magát a bolygót P=15.

58 Legkisebb KIC b Nem látjuk magát a bolygót P=15.7 óra 4300 K Felszín párolog, szilikát port ragad magával Optikailag vastag felhő fedései (párolgó gázbolygóké nem az!) ~ 2x Merkúr tömeg millió év alatt eltűnik

59 Méret-eloszlás 2013 január Sárga: változás 2012 februárhoz képest

60 Lakhatósági zóna Az a távolság a csillagtól, ahol a bolygó felszínén megfelelő a hőmérséklet a folyékony víz jelenlétéhez -> élet egyik alapfeltétele Légköri üvegházhatás komoly módosító tényező Két meghatározás Keskeny modellszámítások Széles Vénusz-Föld-Mars Árapályfűtést nem veszi figyelembe távoli óriásbolygók holdjai

61 Lakhatósági zóna Kisebb csillagnál közelebb L <30% alatt túl erős árapály-fűtés Kötött keringés vastag légkör kell Flercsillagok életre veszélyes Nagyobb csillagoknál távolabb O-B csillagok túl rövid ideig élnek Fotoevaporáció UV fotonok elpárologtatják a légkört

62 Lakhatósági zóna Számos gázbolygó exoholdak esélyesek Még nem sikerült megfigyelni Szuperföldek

63 L = 0.79 LNap; P = 290 nap; T = 262 K

64 L = 0.21 LNap; P = 122 és 267 nap

65 L = 0.81 LNap; P = 242 nap; T = K

66 Légkör megfigyelhetősége Közvetlen megfigyelés alig elképzelhető Spektroszkópia Transzmisszió: csillag fénye áthalad a légkörön a tranzit alatt Reflexió: bolygóról visszaverődő fény Fedés alatti tiszta csillagspektrumot levonni

67 Légkör megfigyelhetősége Lapos spektrum, nincsenek molekula-vonalak (víz 7-10 mikron között) Száraz magaslégköri felhők Gyors szelek elviszik a hőt az éjjeli oldalra

68 Légkör megfigyelhetősége Több műszer: H, He, metán, szén-dioxid, szén-monoxid, vízgőz lehetséges jelei

69 Légkör megfigyelhetősége Gyors szelek elviszik a hőt az éjjeli oldalra Nem délben van a legmelegebb!

70 Légkör megfigyelhetősége Lapos spektrum, nincsenek molekula-vonalak (víz 7-10 mikron között) Szilikát porfelhők a légkörben? De...

71 Légkör megfigyelhetősége HD209458b HST spektrumok Víz, metán, széndioxid Vannak kétségek

72 Exoholdak Számos megfigyelési mód TTV, mikrolencsézés, tranzit, bolygó Doppler-jele Még nincs pozitív megfigyelés Simon, Szabó, Kiss, Szatmáry, 2012

73 Exoholdak Számos megfigyelési mód TTV, mikrolencsézés, tranzit, bolygó Doppler-jele Lehetséges jelöltek (TTV): Szabó, Szabó, Dálya, Simon, Hodosán & Kiss, 2013

74 Jövőbeni programok TESS (NASA, 2017) Teljes égbolt feltérképezése, közeli csillagok JWST-hez optimalizálva

75 Jövőbeni programok Cheops (ESA, 2017) Ismert exobolygók karakterizálása RV bolygók is! Fázisok

Hasonló dokumentumok

HD ,06 M 5911 K

HD ,06 M 5911 K Bolygó Távolság(AU) Excentricitás Tömeg(Jup.) Tömeg(Nep.) Tömeg(Föld) Sugár(Jup.) Sugár(Nep.) Sugár(Föld) Inklináció( ) Merkúr 0,387 0,206 0,00017 0,0032 0,055 0,0341 0,099 0,382 3,38 Vénusz 0,723 0,007