Exoplaneter Philippe Thébault Stockholms Observatorium/Observatoire de Paris

November 2008: den mest spännande exoplanet-månaden någonsin?

Är vi ensamma i universum?

Planetbildning modellen Planetsystem borde vara vanliga Laplace

Konsten att bygga teorier på ett enda exempel: Solsystemet

Hur går det till?

T ~ 1350°K kondensation av silikater T ~ 160°K kondensation av vatten-is En protoplanetarisk skiva

ansamling av planetesimaler ”runaway growth”

sammanslagning av stora embryon

slutliga strukturen (?) 2) när kärnan~10M  : ansamling av gas 1) Bildning av en fast kärna genom « runaway » Bildning av Jätteplaneter (sten+is+gas)

hur svårt kan det vara?

- närmaste granne: 4 ljusår. ~ km! - Solen-Jorden avstånd = km (=1AU) => min. vinkel upplösning= 0.77” (1/5000 °) L plan / L *  (R p /a) 2 (R p planetens radie, a avstånd till stjärnan) (R p /a) 2 = för Jupiter (R p /a) 2 = för Jorden Det är svårt….mycket svårt Stjärnorna ligger låååånnngt bort lååååååg ljuskontrast

Gliese 229. L comp / L * = 5000, avstånd = Sol-Pluto. En Jupiter skulle vara 14 gånger närmare sin stjärna och ljuskontrasten gånger lägre ! (HST, 1995) Direkt upptäkt av bruna dvärgar

>5 M jup planet runt 2M1207 (brun dvärg) VLT juni 2004 Direkt upptäkt av en « Super-Jupiter » (?)

än så länge: ingenting runt sol-liknande sjärnor negativa resultat => 5M Jup planeter > 50AU MEN läget borde vara bättre runt unga stjärnor => unga jätte-planeter kan vara upp till x1000 ljusare än ”mogna” planeter (se slutet av föredraget!)

Unga (<10 7 år) och tunga (~100M  ) skivor, med M gas /M dust ~100 protoplanetariska skivor runt unga stjärnor

Avbildning av stoft skivor

osynlig planet perturbed motion of the star 2 1  / mättningar => V * /c => M p.sin(i) - några exempel V Sol(Jupiter) ~ 13 m/s V Sol(Jorden) ~ 0.1 m/s dagens bästa upplösning ~ 3m/s  möjligt att upptäcka “exo-Jupiter” planeter! radialhastighets metoden

Time (in planetary orbits) V r in m/s Den första upptäckten 51 Pegasi (OHP, 1995) över 300 upptäckta planeter MEN de flesta är JÄTTEPLANETER mycket NÄRA sina stjärnor

 L transit / L *  (R p /R * ) 2 (R p /R * ) 2 = 0.01 för Jupiter (R p /R * ) 2 = för Jorden mycket enklare än direkt upptäckt passage metoden (1)

MEN  liten chans att observera från rätt vinkel 0.1% för ett par liknande Jupiter-Solen 0.5% för ett par liknande Jorden-Solen DÄRFOR  Omfattande och metodiska kartläggningar passage metoden (2)

än så länge 52 upptäckter HD209458, HD … (HD149026, Sato et al., 2005) passage metoden (3)

HST spectrum av NaD linie ( Charbonneau et al. 2002): Natrium Väte, Syre och Kol som strömmar ut! (Vidal-Madjar et al. 2003, 2004) Atmosfär/Exosfär av HD209458b

(Tinetti et al., 2007) Vattenånga i HD189733bs atmosfär

Metan i HD189733bs atmosfär (Swain et al., 2008)

transit från rymden rån rymden COROT (Frankrike, ESA) 0.3m photometer observerar stjärnor samtidigt under 150 dygn (totalt: stjärnor) Passager från rymden COROT (Frankrike, ESA)

Princip upptäcka stjärnans rörelse på grund av planeten Trajectory of the Sun induced by the planets as seen from 10 pc  omöjligt från marken - möjlig från en satellit än så länge, 1 lyckad mission : Hipparcos, men inte tillräcklig bra  GAÏA (snart) Svårigheter behöver mycket hög upplösning: <0.001” Upptäckt genom astrometri (1)

än så länge: bara 1 upptäckt: GJ876b (Benedict et al. 2002) med HST (250  60  as, i=86 0, 1.89M J ) MEN planeten redan upptäckt med hastighets metoden Upptäckt genom astrometri (2)

osanolik konfiguration => Observera ett mycket brett fält ! Gravitationslinser (1)

Gravitationslinser (2) B. Paczynski (2005)

8 upptäckt hittills (from the OGLE survey) 2 “super-Jordar”, bl. dem: MOA-2007-BLG-192b M ~ 3M Jord den minsta exoplaneten Gravitationslinser (3)

upptäckta planeter Positivt resultat för 5-10% av Sol-liknande stjärnorna vad är det här för nåt??

Upptäckta exoplaneter (hittills) Jorden Jupiter 3m/s gränsen 30 år omloppstid

upptäckta exoplaneter… utforskad ”super Jordar” ”Hot Jupiters”

« hot Jupiters » borde inte finnas över huvud taget Jätte planeter kan inte bildas så nära stjärnan enligt modellerna F: Varför ser vi «Hot Jupiters»? S: Därför att vi kan ok, men…

Stjärnor med Jätte-Planeter (observationer): ~7-8% Stjärnor med Jätte-Planeter (uppskattning): ~12% Stjärnor med ”Hot-Jupiters” (uppskattning) : ~2% Stjärnor med ”Super-Jordar” (5-15 M  ): ~37% (uppskattning) Lite statistik

Orsak: interaktion mellan proto-planeten och gas skivan Migration

Type I: litet embryo inbäddad i gasen

Migration Type II: stort embryo som öppnar en lucka

Migration Type III: complex mekanism

några obesvarade frågor Hur kan man stoppa migration innan planeten når stjärnan? Vad hände då i vårt Solsystem? Är solsystemet ett vanligt system? Migration

(Marcy et al., 2005) Metallicitet! Bildning i system med mycket tunga ämnen ? Stjärn ”förorening” med planet-material? Metallicitet

(Grether&Lineweaver, 2006) Den brun dvärg « öknen »

avståndet till stjärnan (AU) 6 HD HD >2.1M Jup >1.5 M Jup HD72659 >2.9 M Jup GL777a >1.33 M Jup 55 Cnc 47 UMA  Eridani >2.4 M Jup >0.76 M Jup >0.86 M Jup några « intressanta » system

GL876d GL581c 55Cnc d

55 Cancri: 5 planeter, varav 1 exo-Jupiter

0.1AU M star = 0.31 M Sun L star = L Sun a GL581ct = AU M(min) GL581c =5.06 M Earth GL581: 2 « super-Jordar » i « HZ »(?)

Den Beboeliga Zonen (HZ)

lång tidsperiod stabilitet i den beboeliga zonen (HZ)

Gliese 86 HD 41004A γ Cephei Exoplaneter i dubbel-stjärnor >50% av all stjärnor i dubbel-system ~20% av exoplaneter i dubbel-stjärnor ~3 exoplaneter i kompakta (<30AU) binärer

Companion star Planet M mini. : 1,7 M Jupiter, a=2,13AU e=0,2 M : 0,25 M primary, a=18,5 AU. e=0,36 Exoplaneter i dubbel-stjärnor: γ Cephei

Exoplaneter i dubbel-stjärnor:  Centauri B? nästan perfekt kanditat för observationer: närmaste granne ”lung” stärna  Cen A kan användas som referens möjligt att upptäckta en 1.8M Jord planet på 3år av observationer

Indirekt upptäckt genom strukturer i stoft- skivor

sista minut: Första direkt upptäckt av en exoplanet runt en ung sol-liknande sjärna? ~330AU (!) M Pl ~8MJup MEN: Är planeten bunden till sjärnan? Lafreniere et al.2008 (submitted) Age~ 5x10 6 years

sista sekund(1): Fomalhaut b! en <3M Jup planet som skapar en spektaculär ring struktur Kalas et al.2008, med Hubble Space Telescope

sista sekund(2): 3 exoplaneter runt HR8799! HR8799b: 5<M<11M Jup HR8799c: 7<M<13M Jup HR8799d: 7<M<13M Jup 68au 38au 28au

sista sekund(3): 1 exoplanet runt β-Pic M~8 M Jup avstånd från stjärnan~ 8AU

Framtida projekt KEPLER (NASA) 0.95m photometer Leta efter planet transit uppskjutning: Vår (!) stjärnor under 4 years kan upptäcka Exo-Jordar!

Framtida project GAIA (ESA) High Resolution Astrometry Launch: dec Duration: ~5 years 10m baseline Michelson Interferometer Solar orbit (at the L2 Lagrangian stability point ) 1 billion(!) stars observed Accuracy: ’’ /Able to detect Jupiter-like planets (50000 detections expected)

Framtida project SIM-Planet Quest (NASA) High Resolution Astrometry ”Launch deferred indefinitely by NASA”  Duration: 5 years 10m baseline Michelson Interferometer 250 stars monitored with ’’ accuracy/2000 stars with ’’ accuracy Detection of 1-3M Earth planets at < 8 pc Detection of 1-3M Earth planets at < 8 pc/