A busca por planetas além do sistema solar

A busca por planetasalém do nosso Sistema Solar Adriana Válio Centro de Radioastronomia e Astrofísica Universidade Presbiteriana Mackenzie Campus Party – 09/02/2012

Movimento dos Planetas Planeta: “errante” em grego, pois se moviam com relação às estrelas “fixas”; Movimento conhecido desde a antiguidade para cinco planetas: Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter e Saturno

Planetas na era moderna Em 13 de março de 1781, Urano foi o primeiro planeta a ser descoberto com o auxílio de telescópios por William Herschel. Netuno foi observado inicialmente por Galle e d´Arrest, em 1846, exatamente no ponto previsto anteriormente por Adams e Le Verrier com cálculos baseados nas perturbações observadas nas posições de Júpiter, Saturno e Urano. Finalmente, Plutão foi descoberto em 1930, ao acaso, por Clyde W. Tombaugh, no laboratório Lowell, no Arizona. Erro na estimativa de sua massa. 9 planetas!

Classificação Até o final do século XX, não havia problemas com essa classificação. Mas com a descoberta de novos corpos celestes, como Sedna e Eris, que ficam Sedna além da órbita de Plutão e têm o mesmo tamanho que este, a classificação passou a ser questionada. Além disso, foram descobertos planetas extra-solares, ou seja, que orbitam ao redor de outras estrelas. Isso exigiu uma reformulação da classificação, a fim de definir um parâmetro claro. Eris (UB313)

IAU 2006 - Praga Muita discussão entre astrônomos do mundo inteiro, sendo que vários tipos de classificação . foram propostos, resultando numa definição clara (física) do que é um planeta.

Definição Um planeta, conforme definido em 24 de agosto de 2006 pela União Astronômica Internacional, é um corpo celeste que 1. está em órbita ao redor do Sol; 2. tem forma determinada pelo equilíbrio hidrostático (esférica) resultante do fato de que sua força de gravidade supera as forças de coesão dos materiais que o constituem; 3. é um objeto de dimensão predominante entre os objetos que se encontram em órbitas vizinhas. 8 planetas no Sistema Solar! http://www.astro.iag.usp.br/~dinamica/iau-planeta.html

Órbitas do Sistema Solar Júpiter

Classificação de planeta do Sistema Solar A União Astronômica Internacional (IAU) decidiu classificar os planetas e outros objetos celestes do Sistema Solar em três categorias: – Planeta (Mercúrio, Vênus, Terra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano, Netuno) – planeta-anão (Plutão, Sedna, Eris) – pequenos corpos Dessa forma, o Sistema Solar passa a ter oito planetas clássicos!

Classificação de planeta extrassolar Baseada na massa do objetoDe acordo com o WORKING GROUP ON EXTRASOLAR PLANETS (WGESP) da IAU Estrelas: objetos capazes da fusão termonuclear do hidrogênio (>0,075 Msol) Anã Marrom: capaz da fusão termonuclear do deutério (0,013<M<0,075 Msol) Planetas: objetos cujas massas estão abaixo do limite de fusão do deutério (M<13 MJup) que orbitam estrelas ou restos estelares (independente da maneira como foram formados).

Planetas em torno de outros sóis

Planetas ao redor de um pulsar Primeiros planetas descobertos em 1992 – por Wolszczan e Frail Planetas do tipo terrestres em torno de estrelas evoluídas – pulsarVariações no tempo de chegada dos pulsos detectados do pulsar3 planetas detectados

 1995 – Mayor & Queloz descobrem o primeiro planeta em torno de uma estrela “normal” – 51 Peg (a 14,7 pc). Mpsini = 0,468 MJ, P = 4,2 dias, a = 0,052 U.A.

Detecção de Planetas Extra-Solares The Extrasolar Planets Encyclopaedia (http://exoplanet.eu/catalog.php) Até 08/02/2012: 758 planetas Efeitos dinâmicos na estrela: – Velocidade Radial (697) – Tempo de chegada de sinal periódico (16) – Astrometria (1) Lente Gravitacional (14) Efeitos fotométricos: – Trânsitos (229) – Detecção direta (31)

Velocidade Radial

Lei da Gravitação Universal Newton: GM *m plan F 2 r O planeta também exerce uma atração gravitacional na estrela. Ambos giram em torno do centro de massa do sistema. O movimento da estrela será maior quanto maior a massa do planeta ou menor a distância entre o planeta e a estrela (ex: Júpiters quentes)

Luz da estrela  vr  Obs. Efeito Doppler da luz da estrela;  c Necessária grande precisão espectros-cópica (m/s) Maioria dos planetas (92%)

KDetermina-se o  2G  1/ 3 M p sen i 1limite inferior para a K     P  (M *  M p )2 / 3 1  e2massa do planeta:

Velocidade Radial

Sistemas múltiplos Upsi Andromeda Sistema com 3 planetas Descobertos por ordem de proximidade da estrela ao longo dos anos, devido às perturbações nas medidas de velocidade radial

Astrometria

Astrometria  Vale para os casos em que a órbita planetária está no plano do céu, e estrelas próximas.  Estrela e planeta orbitam em torno do centro de massa do sistema (quanto maior a massa do planeta, maior o movimento da estrela).  Medidas muito precisas da posição da estrela são necessárias.

Lente Gravitacional

Lente Gravitacional A luz de um objeto distante é curvada devido à gravidade de um objeto situado na linha de visão entre nós e o objeto.

Lente gravitacional Objetos massivos no disco ou bojo da nossa galáxia podem agir como lentes gravitacionais. A luz de uma estrela no bojo da galáxia é amplificada. Um planeta em torno (1 a 5 U.A.) de uma estrela distante (até 1 kpc) pode ser detectado como um segundo pico de amplificação. Até 0,1 MTerra.

Planeta Detectado Determinação da massa e separação estrela/planeta Jan 2006: OGLE-2005-BLG-390Lb Dist. Orbital=2,9 U.A. e Massa=5,5 MTerra 14 planetas detectados (2%) Irreproduzível

Detecção Direta

Porto de Melo et al., Astrobiology, 2006

Detecção diretaBrilho do planeta um bilhão de vezes menor do que o da estrela (como Sol); Obs. estrelas menos brilhantes: – estrelas jovens – anãs marrons – obs. no infravermelho (razão de brilho de um milhão)

GQ Lup – estrela jovem Detecção de uma companheira 250 vezes mais fraca a 100 U.A. (Neuhäuser et al); GQ Lup é uma T Tauri; Massa de algumas MJ ; Very Large Telescope; 31/03/2005

2M1207b – Anã marron  Planeta em órbita de uma anã marrom (25 MJup)  Massa = 4 MJup  Semi-eixo = 55 UA  Obs: VLT/NaCo, imagem no infravermelho próximo usando óptica- adaptativa no telescópio

Detecção direta  Detecção direta no infravermelho da emissão térmica dos planetas:  HD 209458 b (Deming et al, Nature)  TrES-1 (Charbonneau et al, ApJ Let.)  Spitzer Space Telescope  22/03/2005

Trânsitos(ou eclipses)

Trânsito de Mercúrio e Vênus Trânsito de Vênus em08/06/2006.  Trânsito de Mercúrio em 15/11/1999 e 07/05/2003 com uma hora de duração.

HD209458  Massa: 0,685 MJup  Período: 3,5 dias  Órbita: 0,045 U.A.  Duração do trânsito: 2,5 h  Decréscimo do brilho: 1,8%  421 artigosEm 2000, detecção do primeiro trânsito.Confirmação da variação da velocidade radial comorealmente causada por um planeta orbitando emtorno da estrela.

Kepler 9b e 9c 1º sistema planetário com trânsitos Planeta Massa Raio Período Distância (MJup) (Rjup) (dias) (U.A.) Kepler-9a 0,022 ? 0,147 1,59 0,0273 Kepler-9b 0,252 0,842 19,2 0,14 Kepler-9c 0,171 0,823 38,9 0,225

Planetas descobertos por trânsitos Órbitas praticamente perpendiculares ao plano do céu (i=90o). Para uma estrela como o Sol, o trânsito de um planeta causa uma diminuição no brilho de: – 1 % para Júpiter – 0,01% para Terra Telescópios no solo conseguem detectar apenas planetas grandes, para planetas telúricos é necessário observar com satélites. 229 planetas confirmados por trânsito (30%).

Propriedades físicas dos planetasVelocidade Radial: Trânsito: Massa  Raio Período orbital  Período orbital Excentricidade  Ângulo de inclinação da órbita Semi eixo maior da órbita (pela 3a. Lei de Kepler)Massa + raio: Densidade: permite conhecer a composção do planeta (gasoso ou rochoso)

A busca no espaçopor planetas extra-solares

Satélites CoRoT (França – Europa - Brasil) Busca de trânsitos planetários lançamento 27 dezembro 2006 KEPLER (NASA) Busca de trânsitos planetários (visível e infravermelho) lançamento 6 março 2009 Gaia (ESA) Astrometria, trânsitos lançamento: 2014 Darwin (ESA) Imageamento IV + espectroscopia de planetas terrestres projeto

Corot  24 planetas descobertos até hoje  Vantagem: observação contínua durante 150 dias – vários trânsitos  CoRoT-7 é um planeta com massa 2,3 a 8,5 vezes a massa da TerraSatélite CoRoT

Os primeiros 4 planetas

Mais 2 planetas

CoRoT 7 Super-Terra: 1,75 - 2 RTerra Massa: 2,3-8,5 MTerra Densidade: 5 g/cm3 = rocha Período: 0,85 dias = 20 h semi-eixo: 0,017 UA

CoRoT-7b e CoRoT-7c Dois planetas com massas de 5 e 9 Mterra Períodos de 0,85 e 3,7 dias O planeta CoRoT-7b está tão próximo à estrela, que tem sempre o mesmo lado virado para esta – Temperatura de 2300o C, – atmosfera com componentes de rocha na forma gasosa – Superfície coberta por lava ou oceanos fervendo.

Descobertas - Kepler A missão Kepler da NASA ja confirmou 30 sistema planetários com 61 planetas. Candidatos a planetas: 2326 Os planetas orbitam bem próximos a suas estrelas hospederias (mais do que Vênus está do Sol) Seus raios variam desde 1,5 o raio da Terra até maiores do que Júpiter – nos casos onde a massa do planeta é conhecida obtém-se a densidade média do planeta: rochoso, líquido ou gasoso. Os períodos orbitais variam de 6 a 143 dias.

O planetário do Kepler

Zona de Habitabilidade

Vida? A maioria dos planetas são “Júpiters quentes”: gigantes gasosos muito próximos da estrela. Fora da zona de habitabilidade (região onde pode existir água líquida). Mas podem pertencer a um sistema planetário, com planetas terrestres na distância certa.

Catálogo de planetas habitáveis 1600 planetas conhecidos ate dezembro de 2011

Melhores candidatos para vida•Exoplanetas com valores >0,8 podem ser considerados planetas comoa Terra, os outros podem abrigar vida microbial.• HD 85512 b, Gliese 581 d e Kepler-22 b possuem atmosferas densasde nuvens de água.

Gliese 581 Sistema triplo. 20,5 anos luz 1/3 massa do Sol Luminosidade = Lsol/50

Gliese 581c 15 Mt; P = 5,4 dias HARPS (High Accuracy Radial Velocity for Planetary Searcher) – ESO 3,6 m - Chile Massa = 5 MTerra 5 Mt; P = 13 dias Raio = 1,5 RTerra Período = 13 dias Rochoso Órbita = 0,071 U.A. 8 Mt; P = 84 diasDentro da Zona HabitávelTemperatura: -3 a 40 oCÁGUA LÍQUIDA

Enciclopédia dos Planetas Extra-solares:http://exoplanet.euCatálogo de Planetas Habitáveis:http://phl.upr.edu/projects/habitable-exoplanets-catalog Fime-mail: avalio@craam.mackenzie.br adrivalio@gmail.comHomepage: www.craam.mackenzie.br/~valio

A busca por planetas além do sistema solar

by Campus Party Brasil on Feb 10, 2012

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