Kunskapsgymnasiet Observatoriet 5 maj 2009 Anders Västerberg Exoplaneter Kunskapsgymnasiet Observatoriet 5 maj 2009 Anders Västerberg

Exoplaneter (Extrasolära planeter) Planeter i banor kring andra stjärnor än solen 347 upptäckta i 274 planetsystem Observationerna tyder på att minst 5% av stjärnorna har minst en planet, och minst 10% av de sollika. Första upptäcktes 1995 Massor mellan c:a 0,01 och 25 Jupitermassor (c:a 4 – 8 000 jordmassor). Över 75 Jupitermassor är det stjärnor.)

Exoplaneter (forts) Medelavstånd: 0,02 - 670 AE De flesta har ganska excentriska banor. (Alla utom Merkurius har kvasicirkulära banor i Solsystemet) Omloppstider: 20 timmar - 880 år

Detektion av exoplaneter Indirekta metoder Radialhastighetsmätningar av stjärnor Detektion av planetpassager (Planeten passerar framför stjärnan och förmörkar den). Microlensing. En stjärna som passerar bakom blir skenbart ljusstarkare. Direkt metod Bilder av planeter Svårt eftersom stjärnorna ofta är 109 ggr ljusstarkare än planeterna (Solen är 109 ggr ljusstarkare än Jupiter och 1010 ggr ljusstarkare än jorden).

Radialhastighetsmätningar av stjärnor Planeter och stjärnor rör sig runt sin gemensamma tyngdpunkt. Solen rör sig runt en punkt ungefär 742 000 km från dess centrum. (Solradien är 696 000 km). Solens hastighet runt tyngdpunkten är i medeltal 12,5 m/s (45 km/h). Solens variationer i hastighet pga jorden är 1 dm/s.

(HD = Henry Draper (en stjärnkatalog)) Planetpassager HD209458 (HD = Henry Draper (en stjärnkatalog)) Planeten HD209458b upptäcktes genom stjärnans radialhastighetsvariationer. Stjärnan: spektralklass F8 (Solen: G2) C:a 154 ljusår bort i Pegasus. Stjärnans apparenta Magnitud 7,65 Utsträckt väteatmosfär som förångas runt planeten

HD209458b Omloppstid 3,5 dygn Medelavstånd 0,045 AE C:a 0,7 Jupitermassor C:a 1,4 Jupiterradier Tabell över kommande passager: www.astro.caltech.edu/~dc/upcoming_transits.asc

HD209458b-passage Copyright: ESA

Planetpassager kan observeras av amatörer! ex. Grupp i Jyväskylän Sirius Marko Moilanen mfl. Nyrölä observarorium 4 dm teleskop CCD V-filter Datorprogram för reduktioner (databehandling)

OGLE-TR-56B Detekterades med passagemetoden Bekräftades med radialhastighetsmätningar av stjärnan Banradien 5 solradier och omloppstiden 30 timmar.

Ljusförändringen hos en stjärna av solens typ vid passager 1% för en Jupiterstor planet 0,01% för en planet av jordens storlek Sannolikheten för att passager äger rum om en stjärna har planeter 0,5% om stjärnan har en planet på avståndet 1 AE. Om 10% av stjärnorna har en planet på avståndet 1 AE krävs att ljuset från c:a 2000 stjärnor följs under ett år om stjärnorna är ungefär lika stora som solen!

Microlensing Snabbaste sättet hitta små kalla planeter ned till jordens storlek (Prof. Keith Home) Upptäckterna tyder på att små kalla planeter är vanliga. Om flera robotteleskop söker, kan man finna flera om året, inklusive första Jord-stora.

OGLE-2005-BLG-390Lb Hittades genom microlensing Minsta upptäckta jordlika extrasolära planeten 5 jordmassor Publicerades i Nature 2006 Stjärnan är röd dvärg, 5 ggr lättare än solen.

OGLE-2005-BLG-390Lb (forts.) Ung. 25 000 ljusår bort, nära Vintergatans centrum Omloppstid 10 år I snitt 3 AE från stjärnan. Troligen -220 °C på ytan -> Mycket för kallt för flytande vatten Troligen tunn atmosfär

En konstnärs bild av OGLE-2005-BLG-390Lb

Äldsta funna planeten Ungefär 13 miljarder år Bildades runt solliknande stjärna Rör sig kring stjärnpar (He-förbrännande vit dvärg och neutronstjärna som rör sig kring varandra två varv per år) i det täta centralpartiet av en hop med >100 000 stjärnor. (M4 i Skorpionen) 5600 ljusår bort 2,5 Jupitermassor enl. data fr. Hubbleteleskopet.

Äldsta funna planeten (forts.) Bevis för att första planeterna bildades första årmiljarden. Antyder att det kan finnas många planeter i Vintergatan. Tyder på att planeter kan bildas även om det bara finns små mängder tyngre grundämnen. Trol. gasplanet utan fast yta. Troligen inte mycket syre och kol. ->Troligen saknas liv. (hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2003/19/ , 6 mars 2006)

Stoftringen runt Fomalhaut. Stjärnan har skymts bort med koronagraf Stoftringen runt Fomalhaut. Stjärnan har skymts bort med koronagraf. Ringen börjar 133 AE från stjärnan. (Hubble - P. Kalas et al.). (universe.gsfc.nasa.gov/exoplanets_stars/ 6 mars 2006)

CoRoT Convection Rotation and planetary Transits Rymdprojekt lett av Centre national d'études spatiales (CNES; Franska rymdstyrelsen) i samarbete med ESA och andra internationella partners. Följer 60 000 stjärnor under 2 ½ år för att söka efter planetpassager. Man tror den kommer hitta flera ”big Earths” med ungefär dubbla jorddiametern. Några kan sannolikt vara platser där livsformer kan klara sig. Letar särskilt efter planeter som är ungefär dubbelt så stora som jorden. Sändes upp 2006 med en Sojuzraket (Союз) Har hittat 7 explaneter

Framtida sökandet efter exoplaneter Amerikanska satelliten Kepler skjöts upp i mars 2009. Bör kunna detektera några hundra planeter av Mars storlek genom att söka efter planetpassager. Har hittat 4 exoplaneter. Europeiska projektet GAIA. Uppskjutning planeras 2011. Astrometri (positionsbestämning av stjärnor) av en miljard stjärnor. Några 10 000-tals planetupptäckter förväntas. ALMA (Atacama Large Millimetre Array) ska ta bilder i millimeter och submillimeterområdet. Upptäckter genom astrometri, och kanske direkta bilder. Globalt projekt. Nordamerika, Europa, Japan och Chile samarbetar

ALMA

Framtida sökandet efter exoplaneter (forts) Två projekt studeras, Darvin (Europa), TPF Terrestrial Planet Finder (USA), för att detektera beboeliga planeter genom bilder. I en andra omgång, runt 2020, kommer en spektroskopisk studie av dessa planeter att söka efter biologisk aktivitet, som existensen av syre eller färger karakteristiska för vegetation.

Termiska spektra. 9.6 μm-bandet från Ozon är en potentiell bioindikator. www.geosc.psu.edu/~kasting/PersonalPage/ResInt2.htm 21 maj 2007

Molekyler i en exoplanets atmosfär NASA:s Spitzer Space Telescope har för första gången identifierat molekyler i en exoplanets atmosfär.

Gliese 581 c Planet kring röda dvärgstjärnan Gliese 581 (M2.5V) Förefaller ligga inom beboeliga zonen, där yttemperaturen möjliggör flytande vatten 1,5 jorddiametrar 20,4 ± 0.3  ljusår bort i Vågen Medeltemperaturen på ytan uppskattas till mellan -3 °C (för Venuslikt albedo) och 40 °C (för Jordlikt) Gravitationen på ytan minst 1,25 ggr jordens

(news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/6589157.stm 21 maj 2007)

Gliese 581 magnitud 10.56 0,31 M☉ 0,38 R☉ 0,013 L☉ 3 480 K 4,3 miljarder år En av de 100 närmaste stjärnorna

Planeterna kring Gliese 581 Companion    Mass (MJupiter)   Orbital period (d)    Semimajor axis (AU)  Eccentricity    Gliese 581b 0.049 5.4 0.041 0.02±0.01 Gliese 581c c 0.016 12.9 0.073 0.16±0.07 Gliese 581d 581 d 0.024 83.6±0.7 0.25 0.20±0.10

Soluppgång på Gliese c

Möjlig himmel från Gliese 581 c (www.wikipedia.org 21 maj 2007)

Datasimuleringar av Cox and Loeb visar på stora förändringar om 2 miljarder år, när Vintergatan och M31 möts på nära håll första gången. Vintergatsbandet övergår i en röra när Andromedas gravitation kastar stjärnorna ur sina banor. Solen kommer att vara så het då att oceanerna kokat. Galaxerna kommer att. will swing around each other a couple of times, intermingling their stars as gravitational forces stir them together. About 5 billion years from now, they will have combined to a football-shaped elliptical galaxy. The Sun will benearing the red giant phase and the end of its lifetime. The solar system likely will be 100,000 light-years from the center of the galaxy. Descendants of humans observing the sky will experience a very different view. The strip of Milky Way will be gone, replaced by a huge bulge of billions of stars. http://www.cfa.harvard.edu/~tcox/localgroup/ 21 maj 2007

Källor (ej angivna i texten) Exoplaneter California & Carnegie Planet Search exoplanets.org Particle Physics and Astronomy Research Council (Storbritannien) www.pparc.ac.uk/Nw/planet_2006.asp The Extrasolar Planets Encyclopaedia (exoplanet.eu)

Källor (forts) Sökande efter passager Transitsearch www.transitsearch.org Amatörnätverk som observerar stjärnor med kända planeter för att hitta passager.

Streckade linjen visar det avstånd inom vilket planeters rotation blir bundna inom 4,6 miljarder år. Kring röda dvärgar är detta ett problem. För de mer massiva blå stjärnorna är höga UV-flöden och ett kort huvudserieliv huvudproblemet. www.geosc.psu.edu/~kasting/PersonalPage/ResInt2.htm, 21 maj 2007