Deteção Indireta de exoplanetas

EXOPLANETAS: A
NOVA FRONTEIRA
Eduardo Janot Pacheco
Departamento de Astronomia
Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas
Universidade de São Paulo
Nupesc Ago 2012
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Planetas Extrasolares: ~ 800 (2012)
• São planetas que giram em torno de outra
estrela que não o Sol
• Planetas são os locais ideiais para o
desenvolvimento da VIDA
• Giordano Bruno (1584) : “Há um número
incontável de Sóis e Terras, todas elas girando
em torno de seus sóis exatamente do mesmo
jeito que os sete planetas de nosso Sistema
Solar…”
• O primeiro planeta confirmado girando em
torno de estrela semelhante ao Sol: 51 Pegasi
Outubro 1995 (Mayor & Queloz 1995)
Nupesc Ago 2012
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EM TORNO DE QUE TIPO
DE ESTRELA EXISTEM
EXOPLANETAS?
Nupesc Ago 2012
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Diagrama de
Hertzsprung-Russell
(HR)
(Sequência Principal)
http://observe.arc.nasa.gov/nasa/space/stellardeath/stellardeath_1ai.html
Nupesc Ago 2012
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Exoplanetas & Astrobiologia
A Zona Habitável: água líquida
NUPESC Ago 2012
(Importante para
Astrobiologia)
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Evolução da Zona Habitável do Sistema
Solar no tempo
Nupesc Ago 2012
elT´v6
Outra possibilidade interessante para a
Astrobiologia: luas em torno de um
planeta gasoso, situado na Zona Habitável
Há muitos “Júpiteres
Quentes” descobertos nas
ZH de suas estrelas
NUPESC Ago 2012
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Perspectivas para se encontrar
planetas
• Melhores candidatas: estrelas de tipo
espectral F, G, e K, i.e., estrelas não muito
diferente do Sol (tempo de vida + estabilidade)
• Estrelas quentes: (azuis)
– Fluxos ultravioleta muito elevados
– Tempos de vida na Sequência Principal curtos
• Estrelas frias (anãs vermelhas)
– Presas gravitacionalmente Prot = Ptranslação
– Muitas explosões energéticas (“Flares”)
Nupesc Ago 2012
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Maneiras de se detectar Planetas
Extrasolares
• Deteção Direta :
serve para planetas GRANDES e QUENTES,
suficientemente distantes da estrela central do
sistema
CONTRASTE estrela – planetas:
> 100.000.000 para um Júpiter no Visível
100.000 para um Júpiter no Infravermelho 
 Técnicas interferométricas/ coronográficas
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Detecção direta: planeta na
estrela Fomalhaut
(a 25 anos-luz Do Sol)
Segundo planeta, mais
distante, detectado?
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Outros exemplos de deteção direta
Nupesc Ago 2012
Hubble image of
possible exoplanet
TMR-1C (courtesy of
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NASA)
Períodos dos
planetas:
~15 a 70 anos
(Mercúrio:
88 anos )
Quatro planetas (de b a e) em torno da estrela HR 8799. A luz da estrela foi removida
por coronografia para realçar a dos planetas. Setas = 10 anos de orbitas no futuro.
(resta ainda alguma luz no centro NUPESC
da imagem,
Ago 2012 devido a imperfeições na subtração).
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Deteção Indireta de exoplanetas:
 Astrometria (mudanças na posição da estrela)
 detecção da presença do exoplaneta
 Microlentes Gravitationais (efeito Einstein) 
 estimativa do raio e certas características
 Velocitometria (variações na velocidade radial
da estrela)  medida da massa, período
 Trânsitos (mudanças na luminosidade estelar
por eclipse do exoplaneta)  medida do raio
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Deteção Indireta de exoplanetas:
Microlentes Gravitationais (efeito Einstein)
 dezenas de
exoplanetas
descobertos com
esse método
(massa)
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Deteção Indireta de exoplanetas:
Velocitometria (variações na velocidade radial
da estrela) ( centenas de planetas descobertos)
Mede-se as variações da velocidade da estrela causadas pelo planeta 
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 Massa + período do(s) planeta(s)
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PROBLEMA com o método da velocitometria
Descrito pela Lei de Newton:
F = G x Mestrela x Mplaneta
distância2
►►detecta-se preferencialmente os planetas mais
massivos e mais próximos de suas estrelas
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O Sistema Planetário de Gliese 581
Deteção com
velocitometria
Planeta
Massa
“Ano”
Distância
Gliese 581b 15 MTerra 5,4 dias 6 milhões km
Gliese 581c 5 MTerra
13 dias
Gliese 581d 15 MTerra 84 dias
11 milhões km
água
38Nupesc
milhões
Ago 2012km  Distância “certa” para 17
líquida (temperatura= 0-40 C)
Gliese 581 e sua Zona Habitável
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Deteção Indireta de exoplanetas:
 Trânsitos (mudanças na luminosidade estelar
por eclipse do exoplaneta) (medida do raio)
Trânsito de Venus,
6 de Junho/ 2012
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Método dos Trânsitos Planetários
CoRoT
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Dois Satélites: CoRoT e Kepler
(Trânsitos planetários)
(Europa + Brasil)
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NASA
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O lançamento do satélite CoroT (26/12/2006)
(1735º lançamento de sucesso do SOYUZ)
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Período ~20hs
Massa  7 MTerra
CoRoT 7-b, o primeiro planeta descoberto com
densidade semelhante à da Terra
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Comparação entre os tamanhos da Lua, Terra e COROT 7b
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Um caso interessante: o planeta OSIRIS
[Osiris é um deus egípcio que perdeu parte de seu corpo
Depois que seu irmão matou-o e cortou seu corpo em
pedaços para ele não ressucitar]
Descoberto pelo Hubble Space
Telescope (HD 209458b)
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Verde – vermelho 
Nuvem de H
(tapa15% da estrela)
100 km/s
Planeta evaporará
completamenmte em
um bilhão de anos
Lyman Alpha in Osiris (HST)
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Nupesc Ago 2012
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Comparação entre vários sistemas
planetários
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Nupesc Ago 2012
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Kepler 22: sistema planetário onde pode haver vida
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Exemplos da diversidade de exoplanetas descobertos
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BALANÇO CoRoT + Kepler até hoje:  2000 candidatos
a exoplanetasNUPESC Ago 2012
 110 confirmados32
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NUPESC Ago 2012
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Com o telescópio de 10m (KECK), foram observadas quase 200
estrelas parecidas com o SOL, à procura de exoplanetas
(velocitometria)
►► ESTIMA-SE QUE UMA EM CADA QUATRO ESTRELAS TEM
UM PLANETA ROCHOSO (Science, 29 de outubro de 2010
Nupesc Ago 2012
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Um grande
radiotelescópio em
West Virginia já
começou a “escutar”
eventuais sinais
emitidos por
possíveis 86
exoplanetas de tipo
terrestre.
(anunciado por
astrônomos
americanos em
20/05/2011)
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A Terra vista pela Voyager 1 , ao sair do Sistema Solar em 1990,
a 6 bilhões de Km de distância de nós
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Como se sabe que um planeta pode ter
vida?
Procurar por
evidências
oxigênio
Procurar
evidências de
água líquida
Procurar por sinais
de atividade
biológica (p. ex.,
metano)
Analisar a luz
trefletida pelo
planeta que pode
evidenciar a
presença de
atmosfera
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Espectros
térmicos no
infra vermelho
Nupesc Ago 2012
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Nupesc Ago 2012
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Imagem da Terra
tomada pela
sonda
Galileo, onde se
isolou
a banda
vermelha,
devida à clorofila
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Nupesc Ago 2012
Wavelength
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Obervações da Terra (Galileo)
(‘A’ band)
Sagan et al. (1993)*
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Obs. pela Galileo
• A presença simultânea de O2
e um gás do tipo
CH4 or N2O é a melhor
evidência de vida
*
Sagan et al. (1993)*
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Analizando a atmosfera de um exoplaneta: sistema HD 80606
observado com o Gran Telescopio Canarias (GTC, 10.4 m) e o filtroimageador OSIRIS (2010). (planeta X0-2b + dois “hot Júpiters”).
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CO2
Nupesc Ago 2012
Espectro do exoplaneta46
Possibilidade de detecção de vida remotamente
Explorar o contraste estrela-planet
Window at 8-12 μ m: Tsurface
Porto de Melo et al., Astrobiology, 2006
H2O
6.3 μm +
12 μm band
> 106
CH4
7.7 μm
O3
9.6 μm
CO2
15 μm
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Darwin
(ESA)
2020?
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Sumário sobre o Darwin
• Missão da ESA
• Pode ser capaz de localizar planetas pequenos
e rochosos como a Terra
• Será capaz de tomar o espectro visível e
infravermelho de suas atmosferas
• O2 (or O3) and CH4 tem bandas de absorção
nessas duas regiões espectrais , que podem ser
usadas como potencias indicadores de vida
extraterrestre
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OUTRAS MISSÕES PROGRAMADAS PARA 20202030 SOBRE EXOPLANETAS (NASA, ESA)
PLATO, ECHO, SIM, MATISSE, JWST, etc…
CU RI O SI TY: segunda, 06 de agosto,
a-Martissagem!
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OBRIGADO!
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