Deteção Indireta de exoplanetas
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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 1 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 2 EM TORNO DE QUE TIPO DE ESTRELA EXISTEM EXOPLANETAS? Nupesc Ago 2012 3 Diagrama de Hertzsprung-Russell (HR) (Sequência Principal) http://observe.arc.nasa.gov/nasa/space/stellardeath/stellardeath_1ai.html Nupesc Ago 2012 4 Exoplanetas & Astrobiologia A Zona Habitável: água líquida NUPESC Ago 2012 (Importante para Astrobiologia) 5 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 7 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 8 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 NUPESC Ago 2012 9 Detecção direta: planeta na estrela Fomalhaut (a 25 anos-luz Do Sol) Segundo planeta, mais distante, detectado? NUPESC Ago 2012 10 Outros exemplos de deteção direta Nupesc Ago 2012 Hubble image of possible exoplanet TMR-1C (courtesy of 11 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). 12 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 NUPESC Ago 2012 13 Deteção Indireta de exoplanetas: Microlentes Gravitationais (efeito Einstein) dezenas de exoplanetas descobertos com esse método (massa) NUPESC Ago 2012 14 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 NUPESC Ago 2012 Massa + período do(s) planeta(s) 15 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 Nupesc Ago 2012 16 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 Nupesc Ago 2012 18 Deteção Indireta de exoplanetas: Trânsitos (mudanças na luminosidade estelar por eclipse do exoplaneta) (medida do raio) Trânsito de Venus, 6 de Junho/ 2012 NUPESC Ago 2012 19 Método dos Trânsitos Planetários CoRoT Nupesc Ago 2012 20 Dois Satélites: CoRoT e Kepler (Trânsitos planetários) (Europa + Brasil) Nupesc Ago 2012 NASA 21 O lançamento do satélite CoroT (26/12/2006) (1735º lançamento de sucesso do SOYUZ) Nupesc Ago 2012 22 Período ~20hs Massa 7 MTerra CoRoT 7-b, o primeiro planeta descoberto com densidade semelhante à da Terra NUPESC Ago 2012 23 Comparação entre os tamanhos da Lua, Terra e COROT 7b NUPESC Ago 2012 24 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) Nupesc Ago 2012 25 Verde – vermelho Nuvem de H (tapa15% da estrela) 100 km/s Planeta evaporará completamenmte em um bilhão de anos Lyman Alpha in Osiris (HST) Nupesc Ago 2012 26 Nupesc Ago 2012 27 Comparação entre vários sistemas planetários Nupesc Ago 2012 28 Nupesc Ago 2012 29 Kepler 22: sistema planetário onde pode haver vida NUPESC Ago 2012 30 Exemplos da diversidade de exoplanetas descobertos NUPESC Ago 2012 31 BALANÇO CoRoT + Kepler até hoje: 2000 candidatos a exoplanetasNUPESC Ago 2012 110 confirmados32 NUPESC Ago 2012 33 NUPESC Ago 2012 34 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 35 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) Nupesc Ago 2012 36 A Terra vista pela Voyager 1 , ao sair do Sistema Solar em 1990, a 6 bilhões de Km de distância de nós Nupesc Ago 2012 37 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 Nupesc Ago 2012 38 17 Espectros térmicos no infra vermelho Nupesc Ago 2012 39 Nupesc Ago 2012 40 Imagem da Terra tomada pela sonda Galileo, onde se isolou a banda vermelha, devida à clorofila Nupesc Ago 2012 41 Nupesc Ago 2012 Wavelength 42 Obervações da Terra (Galileo) (‘A’ band) Sagan et al. (1993)* Nupesc Ago 2012 43 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)* Nupesc Ago 2012 44 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”). Nupesc Ago 2012 45 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 Nupesc Ago 2012 47 Darwin (ESA) 2020? Nupesc Ago 2012 48 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 Nupesc Ago 2012 49 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! Nupesc Ago 2012 50 OBRIGADO! Nupesc Ago 2012 51