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Planetas Extrasolares Juan José Blanco Avalos Planetas Extrasolares 1 Lo que vamos a ver ● ¿Qué es un planeta extrasolar? ● Los planetas que conocemos ● Métodos de observación ● Planetas descubiertos ● Misiones espaciales -Corot- y -Kepler- Planetas Extrasolares 2 Definición de planeta I 1) Un planeta es un cuerpo celeste que (a) está en órbita alrededor del Sol, (b) tiene suficiente masa para que su gravedad le convierta en un cuerpo rígido estando en equilibrio hidrostático, es decir, es aproximadamente esférico, y (c) ha limpiado de otros objetos el trayecto de su órbita. 2) Un planeta enano es un cuerpo celeste que (a) está en órbita alrededor del Sol, (b) tiene suficiente masa para que su gravedad le convierta en un cuerpo rígido estando en equilibrio hidrostático, es decir, es aproximadamente esférico, (c) NO ha limpiado de otros objetos el trayecto de su órbita, y (d) no es un satélite. 3) El resto de los objetos que no son satélites se denominan colectivamente como cuerpos menores del sistema solar Planetas Extrasolares 3 Sistema solar Planetas Extrasolares 4 Planetas Extrasolares 5 Sistema solar -Planetas Pétreos- Planetas Extrasolares 6 Sistema solar -Gigantes Gaseosos- Planetas Extrasolares 7 Sistema solar -Gigantes Gaseosos- Planetas Extrasolares 8 Formación de estrellas Planetas Extrasolares 9 Formación de estrellas http://www.youtube.com/watch?v=L2d7joOgVLg#t=122 Planetas Extrasolares 10 Formación de estrellas Sistema solar -Gigantes GaseososLas estrellas se forman en nubes de gas y polvo (hidrógeno molecular y polvo en el caso de la fotografía) Nebulosa del Águila Las nuevas estrellas se están formando dentro de estructuras de forma de dedo. Por supuesto nacen de EGGs (Evaporating Gaseous Globules) Planetas Extrasolares 11 Cep OB 3b es un cúmulo joven localizado en el norte de la constelación de Cefeo. Esta imagen ha sido creada combinando diferentes imágenes a diferentes longitudes de onda del telescopio de 0.9 metros en Kitt Peak: azul, visiblel (cyan), infrarojo cercano (naranja) and una línea de emisión del hidrógeno(rojo). La estrella amarilla del centro más brillante esta entre nosotros el joven cúmulo Las otras estrellas brillantes y masivas son estrellas del cúmulo que están calentando el gas y el polvo de la nube y creando cavidades. Alrededor de estas estrellas jóvenes ha y miles de estrellas jóvenes más pequeñas que pueden estar formando sistemas planetarios. Credit: T.A. Rector (University of Alaska Anchorage), T. Allen (University of Toledo) and WIYN/NOAO/AURA/NSF Planetas Extrasolares 12 Nacimiento y muerte de una estrella Planetas Extrasolares 13 Astronomía X: Estrellas jóvenes Dos sistemas jóvenes formados hace 10 millones de años. Los picos r, i y f son característicos del neon que ha perdido casi todos sus electrones. El tamaño relativo de los picos indica que en TW Hydrae todavía persiste un proceso importante de acrección hacia la estrella. Los rayos X son producidos cuando el plasma es guiado por el campo magnético hacia la estrella. Sin embargo el espectro del sistema binario HD 98800A indica una emisión típica de una corona caliente como en el caso del Sol. Planetas extrasolares 14 Formación de sistemas planetarios Planetas Extrasolares 15 http://www.nationalstemcentre.org.uk/elibrary/resource/1922/birth-of-the-solar-system Formación de sistemas planetarios http://www.nationalstemcentre.org.uk/elibrary/resource/1922/birth-of-the-solar-system Planetas Extrasolares 16 Planetas Extrasolares 17 Centros de acrección/inestabilidades gravitacionales ● ● Gravitación → Fuerza central Velocidad inicial + fuerza central → sistemas rotantes ● Conservación del momento angular ● ● Planetas Extrasolares Disco proto-estelar 18 Nuestro sistema solar no es especial ● ● ● Existen miles de millones de estrellas semejantes al Sol dentro de la secuencia principal. El origen de un sistema planetario debe ser similar bajo condiciones semejantes en cualquier punto del Universo. Cualquier estrella o remanente de estrella es susceptible de albergar un sistema planetario Planetas Extrasolares 19 Millones de estrellas – y solo es la Vía láctea- Planetas Extrasolares 20 Problemas: 1- Los planetas no tienen luz propia 2- Son pequeños comparados con sus estrellas 3- Sus efectos sobre lo que podemos observar de la estrella son pequeños. En definitiva: Son unos objetos difíciles de ver Planetas Extrasolares 21 Definición de planeta Fuente: Grupo de trabajo sobre planetas extrasolares de la Unión Astronómica Internacional 1- Son objetos cuya masa es inferior a la necesaria para la producción de energía termonuclear de fusión del deuterio (hasta 13 masas de Júpiter) y que órbita en torno a una estrella o remanente estelar. El tamaño mínimo para considerarlo planeta es el aplicado al sistema solar. 2- Cuerpos subestelares con masa superior a a la necesaria para la producción de energía termonuclear de fusión del deuterio es una enana marrón, no importa como se ha originado ni donde se encuentra localizado. 3- Objetos libres en cúmulos de estrellas jóvenes y con masa menor a la necesaria para la producción de energía termonuclear de fusión del deuterio no son planetas sino sub-enanas marrones. Planetas Extrasolares 22 La breve historia de la búsqueda de planetas extrasolares 1992 -> Aleksander Wolszczan descubre tres objetos sub-estelares de baja masa orbitando el púlsar PSR 1257+12. 1995 -> Michel Mayor y Didier Queloz, del grupo suizo, el 6 de octubre de 1995. La estrella principal era 51 Pegasi (estrella tipo solar) y se dio en llamar al planeta 51 Pegasi b. Se trata de un planeta de masa similar a Júpiter y que orbita a una distancia menor que Mercurio del Sol. Planetas Extrasolares 23 Pegasi 51 b: ejemplo de un Jupiter caliente Planetas Extrasolares 24 Métodos para cazar planetas 1- Velocidades radiales de las estrellas 2- Astrometría Indirectos: 3- Tránsitos 4- Microlentes gravitacionales Directos: 1- Imágenes directas http://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/ Planetas Extrasolares 25 1- Velocidades radiales de las estrellas Este método se basa en el efecto Doppler. El planeta, al orbitar la estrella central, ejerce también una fuerza gravitacional sobre ésta de manera que la estrella gira sobre el centro de masa común del sistema. Las oscilaciones de la estrella pueden detectarse mediante leves cambios en las líneas espectrales según la estrella se acerca a nosotros (corrimiento hacia el azul) o se aleja (corrimiento al rojo). Este método es el que permitió descubrir a Pegasi 51 y ha sido el que mejores resultados a producido. El problema es que solo es eficaz si el planeta tiene un tamaño relativo suficiente y/o se encuentra lo suficientemente cerca para producir cambios observables en la velocidad radial de la estrella. Planetas Extrasolares 26 El planeta que gira alrededor de Tau Bootes Masa 4,41 masas de Jupiter Radio de la órbita 0,041 AU Periodo de la órbita 3,3 Days Temperatura superficial 1900°C Excentricidad de la órbita 0,0 La estrella es de tipo solar pero algo más caliente y grande Planetas Extrasolares 27 2- Astrometría Dado que la estrella gira sobre el centro de masa se puede intentar registrar las variaciones de posición y el oscilar de la estrella. A pesar de que estas variaciones son muy pequeñas, la astrometría permitió encontrar un planeta extrasolar en 2009, denominado VB 10b. Este sistena se encuentra a 19 años luz Planetas Extrasolares 28 VB 10b es un gigante gaseoso de unas 5 masas jovianas y que orbita a una distancia similar a Mercurio. Su estrella es una enana roja, mucho más pequeña y fría que el Sol y se considera que es un Júpiter frío Planetas Extrasolares 29 3- Tránsitos Consiste en observar fotométricamente la estrella y detectar sutiles cambios en la intensidad de su luz cuando un planeta orbita por delante de ella. Planetas Extrasolares 30 El método de tránsito, junto con el de la velocidad radial, pueden utilizarse para caracterizar mejor la atmósfera de un planeta, como en los casos de HD209458b y los planetas OGLE-TR-40 y OGLE-TR-10. Este método, al igual que el de la velocidad radial, encuentra de forma más eficiente planetas de gran volumen, pero tiene la ventaja de que la cercanía del planeta a la estrella no es relevante, por lo que el espectro de planetas que puede detectar aumenta considerablemente. Los avances tecnológicos en Fotometría han permitido que la sonda Kepler, lanzada en 2009, tenga sensibilidad suficiente como para detectar planetas del tamaño de la tierra, hecho que se espera que suceda al término de su misión, a finales de 2012. Planetas Extrasolares 31 Como se captura el espectro de un Júpiter caliente. Se toman dos espectros. Uno de estrella más planeta y otro de estrella sola. Luego se restan y se obtiene el espectro del planeta. Credit: NASA/JPLCaltech Planetas Extrasolares 32 4- Microlentes gravitacionales El efecto de lente gravitacional ocurre cuando los campos de gravedad del planeta y la estrella actúan para aumentar o focalizar la luz de una estrella distante. Para que el método funcione, los tres objetos tienen que estar casi perfectamente alineados. El principal defecto de este método es que las posibles detecciones no son repetibles por lo que el planeta así descubierto debería ser estudiado adicionalmente por alguno de los métodos anteriores. Planetas Extrasolares 33 Planetas Extrasolares 34 OGLE-2005-BLG-390Lb, Julio 2005 Este planeta fue localizado alrededor de una enana roja a una distancia de 2,8 UA. Su masa de 5 masas terrestre lo convierte en el planeta menor detectado hasta la fecha. El recuadro de la izquierda es la magnitud aparente de la estrella durante los 4 años previos. Planetas Extrasolares 35 1- Imágenes directas Desde el principio, obtener imágenes/fotografías de los planetas extrasolares ha sido uno de los objetivos más deseados de la investigación exoplanetaria. 2M1207b es un joven planeta de gran masa (4 masas jovianas) orbitado a 55 UA de la estrella 2M1207. Este planeta está a unos 2500 Kelvin de temperatura, debido a su reciente formación, calculada en aproximadamente 10 millones de años. Planetas Extrasolares 36 Imagen del descubrimiento del sistema de GJ 758, tomadas con HiCIAO en el telescopio Subaru en el infrarrojo cercano. Planetas Extrasolares 37 Imagen coronógrafica de AB Pictoris que muestra a su pequeño compañero (inferior izquierda). Los datos fueron obtenidos el 16 de marzo de 2003 con NACO en el VLT, utilizando una máscara de ocultación 1,4 arcosegundos encima de AB Pictoris. Planetas Extrasolares 38 Efectos de cuerpos planetarios en nubes de polvo en regiones de formación de estrellas En estrellas jóvenes con discos circumestelares de polvo a su alrededor es posible detectar irregularidades en la distribución de material en el disco circumestelar ocasionadas por la interacción gravitatoria con un planeta. De este modo ha sido posible inferir la presencia de 3 planetas orbitando la estrella Beta pictoris y de otro planeta orbitando la estrella Fomalhaut (HD 216956). En estrellas aún más jóvenes la presencia de un planeta gigante en formación sería detectable a partir del hueco de material gaseoso que dejaría en el disco de acrección. Planetas Extrasolares 39 El anillo de polvo alrededor de la estrella señala el camino de un planeta que gira a su alrededor. Las huellas del planeta son observadas gracias al efecto de su campo gravitatorio. Planetas Extrasolares 40 Planetas Extrasolares 41 Detectados hasta la fecha El método de descubrimiento se indica con los diferentes colores: velocidad radial (azul) Tránsitos (verde) Pulsar timing (púrpura) Imagen directa (rojo) microlente (naranja) Planetas Extrasolares 42 Detectados hasta la fecha Masa frente a semieje mayor orbital Planetas descubiertos hasta 2014-01-02, El método de descubrimiento se indica con los diferentes colores: velocidad radial (azul) Tránsitos (verde) Pulsar timing (púrpura) Imagen directa (rojo) microlente (naranja) Planetas Extrasolares 43 Planetas Extrasolares 44 ¿Migran los planetas? Planetas Extrasolares 45 El planeta más parecido a la Tierra Planetas Extrasolares 46 Gliese 581 c Una masa de 1,5 veces la Tierra, gira alrededor de una enana roja 3n 11 días y esta 14 veces más cerca de su estrella que la Tierra. Se cree que puede Planetas Extrasolares albergar agua en su superficie 47 Sistemas planetarios: Sistema Kepler 11 Estrella tipo solar A 2000 años luz Planetas Extrasolares 48 Sistemas planetarios: Sistema Kepler 11 Estrella tipo solar A 2000 años luz Planetas Extrasolares 49 Sistemas planetarios: Sistema Kepler 11 Estrella tipo solar A 2000 años luz Planetas Extrasolares 50 Seguimos buscando Planetas Extrasolares 51 Kepler Objetivo: Búsqueda de planetas (plantas tipo Tierra) ● Más de 400 planetas (http://kepler.nasa.gov/Mission/discoveries/) ● 2009-2016 ● Fotometría ● Planetas Extrasolares 52 Planetas Extrasolares 53 COROT http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/COROT Sismología solar Búsqueda de exoplanetas Tránsitos planetarios Diciembre 2006 Planetas Extrasolares 54
