Planetas fora do Sistema Solar

Transcrição

1 Planetas fora do Sistema Solar José Eduardo Costa Dep. Astronomia Instituto de Física UFRGS (2016-2)

2 O Sistema Solar Massa do Sol = 2 x 1030 Kg ( x a massa da Terra; 1 000x a massa de Júpiter) Diâmetro do Sol = km (109x o diâmetro da Terra; 10x o diâmetro de Júpiter) Massa de Júpiter = 318 x a massa da Terra Diâmetro de Júpiter = km = 11 x o diâmetro da Terra Mercúrio, Vênus, Terra e Marte: Terrestres Júpiter e Staurno: Gigantes Gasosos Urano e Netuno: Gigantes Gelados

3 Formação do Sistema Solar planetesimais

4 Observação de Estrelas em Formação Discos proto-planetários ao redor das estrelas AU Mic e HD Discos proto-planetários ao redor de estrelas em formação na Nebulosa de Órion.

5 A Terceira Lei de Kepler Planeta Raio da Período Órbita (R) Orbital (P) (UA) (aprox.) Mercúrio dias Vênus dias Terra dias Marte anos Júpiter anos Saturno anos Urano anos Netuno anos P 2 R3 A partir da medida do período orbital P, pode-se calcular o raio médio da órbita, R.

6 Planetas Extrasolares

7 Observação Direta de Planetas Extrasolares É muito difícil observar diretamente um planeta orbitando ao redor de uma estrela, porque seu brilho é mais de 1 milhão de vezes mais fraco do que o brilho da estrela. A luz da estrela ofusca a luz refletida pelo planeta. Somente em casos especiais a observação direta é possível. A maior parte das descobertas de planetas extrasolares foi feita por meio de observações indiretas.

8 Métodos de Detecção de Exoplanetas Existe uma grande variedade de métodos de detecção. Os principais são: 1 Astrometria 2 Velocidades radiais 3 Trânsitos planetários 4 Microlentes gravitacionais DETECÇÃO INDIRETA 5 Imageamento direto DETECÇÃO DIRETA Até 26/AGO/2016 foram descobertos 3518 planetas extrasolares. Este número aumenta quase que semanalmente. A maior parte das descobertas foram feitas através de métodos de detecção indireta.

9 1 Astrometria

10 Detecção por ASTROMETRIA Consiste em medir a posição de uma estrela ao longo de vários meses ou anos. As variações observadas na posição da estrela indicam a presença do planeta. É o mais antigo método para detecção de planetas. Foi aplicado amplamente em estrelas binárias. Introduzido por William Herschel (século ~1803) para estudar perturbações observadas na estrela 70 Ophiuchi. Até pouco tempo, a aplicação da astrometria na detecção de exoplanetas era muito difícil, devido à dificuldade de se obter medidas precisas da posição da estrela, gerando muitos alarmes falsos.

11 Centro de Massa do Sistema Solar x Centro do Sol Sol Júpiter

12 2 Velocidades Radiais

13 Efeito Doppler medida de velocidades fonte estática fonte em movimento

14 Método das Velocidades Radiais: Efeito Doppler Em repouso Em movimento Variação da velocidade radial ao longo do tempo

15 51 Pegasi-b Sódio (gás) cor acizentada/marrom 6/10/1995 Mayor e Queloz encontrarm um planeta orbitando a estrela 51 Pegasi Constelação: Distância ao Sol: Tipo de estrela: Planeta: Período Orbital: Pégaso 48 anos luz tipo solar 51 Pegasi B 4.23 dias

16 Migração Planetária Um planeta gasoso gigante forma-se em uma região mais distante e fria. Uma órbita nesta região tem um período orbital mais longo. Sucessivas interações com a nebulosa estelar podem afetar o movimento orbital do planeta, levando-o em movimento espiral para uma órbita mais interna.

17 Planetas Órfãos Durante o processo de formação de sistemas planetários, planetas podem escapar da atração gravitacional da estrela central e seguir uma trajetória independente dentro da Galáxia. Esses planetas órfãos não têm dias ou anos.

18 Uma variante: Método das velocidades radiais aplicados à estrelas pulstantes

19 MÉTODO: PULSAR TIMING Efeitos sobre as pulsações estelares Pulsares são estrelas de neutrons com um forte campo magnético. Jatos de radiação são emitidos na direção dos eixos de simetria do pulsar. Pulsares emitem pulsos na faixa de rádiofrequências, com frequências extremamente estáveis. Pode-se aplicar a técnica das velocidades radiais e medir a velocidade de aproximação/afastamento do pulsar por efeito Doppler.

20 Pulsar PSR Aleksander Wolsczcan & Dail Frail Descoberta rapidamente confirmada.

21 PSR PSR b : tamanho igual ao da Lua; composição parecida com a de Mercúrio.

22 3 Trânistos Planetários

23 Método dos Trânsitos Planetários

24 Telescópio Espacial CoRoT (uma missão Européia-Brasileira) Espelho: 27 cm 27 planetas descobertos + cerca de 600 candidatos O Telescópio Espacial CoRoT foi colocado no espaço no dia 26/12/2006 e foi projetado para operar por 2,5 anos, mas funcionou por ~6 anos, encerrando atividades em 2/11/2012.

25 Para a detecção de trânsitos planetários é necessário observar milhares e milhares de estrelas durante muitos meses.

26 Exoplanetas descobertos pela Missão CoRoT CoRoT 7b --- Massa = 4,8 MTerra; Raio = 1,7 RTerra; distância = 50 anos-luz

27 CCorot-7b: uma super Terra O planeta Corot-7b orbita uma estrela similar ao Sol (G9V, 0.91 Msol, 0.82 Rsol). O raio de Corot-7b: 60% maior do que o raio da Terra e sua massa é 2,3 a 8,5 vezes maior do que a massa da Terra. Corot-7b está muito próximo da estrela central: a apenas 0,2 U.A. e seu período orbital (ano) é de apenas 20 horas! O planeta é, portanto, muito quente e não apresenta condições de habitabilidade na superfície.

28 Telescópio Espacial Kepler (Detecção de Trânsitos Planetários) Espelho primário: Abertura: 1.4 m 0.95 m No. de estrelas: Magnitudes: Lançamento: Duração prevista: Duração da missão: 150 mil 9 a 16 03/2007 3,5 anos 6 anos + 30 dias

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30 Terras detectadas pela missão Kepler: Kepler-20e e 20f O planeta Kepler-20e tem 87% do diâmetro da Terra. Sua massa é incerta, mas deve estar entre 0,4 e 1,6 vezes a massa da Terra. O planeta está apenas a 0,05 U.A. da estrela central e leva ~6 dias para completar uma volta ao redor da mesma. Kepler-20f é praticamente do tamanho da Terra (3% maior) e sua massa deve estar entre 0,7 e 3 vezes a massa da Terra. Está a 0,11 U.A. da estrela central e seu período orbital é de 19,6 dias.

31 Sistemas planetários com dois ou mais planetas

32 4 - Microlentes Gravitacionais

33 Microlentes Gravitacionais

34 Microlentes Gravitacionais

35 5 Imageamento Direto

36 Imageamento (10 planetas descobertos até 2010/maio) Formalhaut b menos massivo (< 3MJup; 115 UA; 320 mil anos) (2.3 Msol) 2M1207b (0.025Msol; 4 Mjup; 46 UA; 1.5 Rjup)

37 Algumas Descobertas Os planetas extrasolares mostram uma incrível diversidade, tanto em relação ao tamanho e características estruturais, quanto em relação às órbitas, diferindo em muito dos planetas do sistema solar.

38 Onde estão os sistemas planetários descobertos? A grande maioria dos planetas descobertos até agora, orbita estrelas que estão relativamente perto do Sol, dentro de um raio de ~ 300 anos-luz. Esta região contém milhões de estrelas, mas é muito pequena comparada com as dimenoes da Via Láctea, que tem cerca de ~ anos-luz de raio ( anos-luz de diâmetro). O planeta mais distante detectado está a ~ anos-luz (= pc).

39 A estrela HD e seus três Netunos Descoberta: maio / 2007 A estrela HD é levemente menor do que o Sol (0,9 Msol e 0,9 Rsol) e possui 3 planetas com tamanhos similares ao de Netuno e um cinturão de asteroides. Representações artísticas de cenários possíveis

40 HD 10180: um sistema planetário com pelo menos 7 planetas (+ 2 não confirmados, sendo um deles uma super Terra) O planeta mais próximo está a 0,2 U.A. e o mais distante a 3,5 U.A., com períodos orbitais de 1,1 dia e ~6 anos.

41 HD : dois júpiters! HD é uma estrela anã amarela (em Hércules) e é orbitada por 2 júpiteres que interagem entre sí. Tem idade de 11,9 bilhões de anos e ~90% da massa do Sol. A região onde os planetas orbitam tem baixa metalicidade: ~ 21% da metalicidade encontrada no sistema solar.

42 HD b: o planeta mais quente conhecido Descoberta: maio/2007 Estrela: Constelação: Distância: HD Hércules 279 anos luz. Júpiter quente. Temperatura na superfície: 2 040o C É o planeta mais quente conhecido. Vênus: 450o C

43 GIiese 581e: um dos menores planetas detectados Possíveis oceanos de água líquida. Planeta: Massa: Período orbital: A grandes profundidades, sob altíssimas pressões, a água assume um novo estado físico. Gl 581 e 1,7 massa da Terra 3.2 dias Estrela: Gl 581 (4 planetas detectados) Tipo espectral: M3 Massa: 0.31 Msol Raio: 0.4 Rsol Distância: 0.03 anos luz Idade: ~ 8 Gyr

44 FIM