1
FUNDAMENTOS DE ASTROBIOLOGIA �AST – 416 – 3 �
�Aula 5 �
Sistema Solar e exoplanetas �
C.A.Wuensche
INPE – Divisão de Astrofísica
http://www.das.inpe.br/~alex
2
Sistema Solar e exoplanetas
Leitura:
þ Caps. 5 e 6 do livro “Astrobiologia: uma ciência emergente” (Galante, Avellar, Horvath, Rodrigues)
þ Cap. 9 do livro “Astrobiology: a multidisciplinary approach” (Lunine)
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
3
Procurando vida...þ Não inteligente...
ü Busca de bio-traçadores no Sistema Solar.
ü Busca de planetas extra-solares.
ü Busca de bio-traçadores em planetas extra-solares.
þ Inteligente...
ü Busca de sinais “não-naturais” vindos de outro local do Universo (SETI).
31J.Tarter,AnnualReviewofAstronomyandAstrophysics(2001)
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
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Duasestratégiasclássicas
þ Sigaaágua!
þ Busquefontesabundantesedisponíveisdeenergia!
ü Condição fundamental para habitabilidade
ü Disponibilidade de energia torna possível a reprodução de estados “químicos” de baixíssima probabilidade (=vida!?!?!)
ü Identificação de biotraçadores pode ser muito mais eficiente (vida é moldada e, ao mesmo tempo, molda o meio ambiente).
32Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
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Nosso Sistema Solar...Vários locais no nosso Sistema Solar podem ter sido, ou ainda ser, favoráveis à vida.
Marte?
Europa?
Titã?
Encelado?
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
6Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
7
Marteþ NASA(principais)
ü MarsRovers:SpiriteOpportunity2003,Curiosity(2012)
ü MarsObserver/GlobalSurveyor/Pathfinder:92,96e97
ü Viking,Mariner-anos60e70
þ URSS(principais)
ü Zond,Sputnik,Mars,Cosmos,Phobos-anos60a80
þ ESA
ü MarsExpress,Beagle,Rosetta-anos2000
ü Insight(2018)
34Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
8
A exploração recente de Marte
ü NASAü Mars Rovers: Spirit e Opportunityü Mars Global Surveyor/Mars Pathfinder (Sojourner)
ü ESA ü Mars Express: Beagle 2
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
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10
Água em Marte?
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
11
Água em Marte?
35Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
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ScienceNOW Daily News - 20 May 2009
Águalíquida!!!þ ExcessodesaispodeterimpedidoaáguaemMartedecongelar-se
facilmente
þ InteraçõesquímicasentreaáguaesaiscompostosdeEnxofre,Ferro,
Silício,Magnésio,Cálcio,Cloro,Sódio,PotássioeAlumínio,em4regiõesdiferentesdeMarte,fazemaáguacongelaratemperaturas
muitoinferioresa0°C(Fairénetal.,Nature,2009)
þ Observaçõesfeitasaovivo(jipesSpiriteOpportunity)epor
sensoriamentoremoto(sondasViking1ePathfinder)
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
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Água líquida 2009 e 2015!!!!
http://phys.org/news/2015-04-mars-liquid-curiosity-rover-brine.html
þ Perclorato de sodio, magnésio e cálcio (0,4% a 0,6% peso total)
þ Medidas do instrumento REMS
þ Jipe Curiosity, no Lago Gale (Marte)
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
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A superfície de Marte e da Terra..
Polígonos fotografados pela Phoenix em Marte...
... e fotografados (em cor falsa) da órbita de Marte
.. comparados com um padrão de solo nas Ilhas Devon, no Ártico Canadense
Perfeitamente explicado pelo processo de congelamento e degelo, em ambos os casos!
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
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Eaexistênciadegásmetano?
þ Detectado depois de anos (marcianos...) de observação da atmosfera (15/01/2009)
þ Impossível de existir por longos períodos de tempo nas condições atmosféricas de Marte
þ Origem geológica ou biológica recente!
þ Níveis comparáveis aos emitidos por poços de petróleo na Terra
39Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
16
Como é produzido?
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)40Fonte:http://science.nasa.gov
17
Onde é produzido? �O que é produzido?
41Fonte:http://science.nasa.gov Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
1842
Carlos Alexandre Wuensche
Cortesia Tomas Hode – Swedish Museum of Natural Science
Núcleo metálico
Núcleo metálico
Interior rochoso
Camada de H2O
Interior rochoso
Camada de H2O
Cobertura de gelo
Superfície de gelo quebradiço
Gelo convectivo “morno”
Oceano líquido sob o gelo
EUROPA (Satélite de Júpiter)
Capa de gelo?
Ou um oceano submerso?
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
1942
Carlos Alexandre Wuensche
Cortesia Tomas Hode – Swedish Museum of Natural Science
Núcleo metálico
Núcleo metálico
Interior rochoso
Camada de H2O
Interior rochoso
Camada de H2O
Cobertura de gelo
Superfície de gelo quebradiço
Gelo convectivo “morno”
Oceano líquido sob o gelo
EUROPA (Satélite de Júpiter)
Capa de gelo?
Ou um oceano submerso?
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
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Titã – A Lua de Saturno
Variação de brilho nas imagens à direita sugerem a existência de um “continente” em Titã
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
Atmosfera muito diferente da Terra (com nitrogênio e amônia).Maior que a Lua e MercúrioClima inóspito (T ~ -180˚ C)
21
Cortesia: NASA/JPL/Univ. of Arizona
Titã visto pela Cassini Julho/2004
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
2244http://science.nasa.gov
Titã
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
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Água em Enceladus?
Observações da sonda Cassini indicam grande possibilidade da presença de água LÍQUIDA numa erupção (Nasa News, 09/03/2006).
Existência de vulcanismo (anteriormente, somente a Terra, Io e Tritão).
45
http://science.nasa.gov/headlines/y2006/09mar_enceladus.htm
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
24
Provável região de onde a água é
ejetada pela superfície de Enceladus.
http://science.nasa.gov/headlines/y2006/09mar_enceladus.htm
25
Outros alvos em potencial para exploração “in situ”....
þ Ganimedes (Júpiter)
Eparamosporai...
þ A viagem até estrela mais próxima, Alfa Centauri, situada a 4,5 anos-luz (42,5 trilhões de km), levaria cerca de 173,5 mil anos para ser percorrida no ônibus espacial, a uma velocidade de 28000 km/h
þ A sonda Juno é o objeto mais veloz produzido pelo homem e se move a 264.000 km/h
46Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
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PLANETAS �FORA DO SISTEMA
SOLAR: EXOPLANETAS!
27
Detecção de planetas extrasolares
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
28
Detecção de planetas extrasolares Circa 2008
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
29http://phys.org/news/2015-08-dwarf-planet.html
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
3049Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
31
Possibilidade de detecção remota de vida � Explorar o contraste estrela/planeta no IV térmico (Des Marais et al. 2002, Segura et al. 2003)
> 106
CO2
15 µm
O3 9.6 µm
CH4 7.7 µm
H2O 6.3 µm + 12 µm band
Window at 8-12 µ m: Tsurface
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
32
Possibilidade de detecção remota de vida
53Fonte:http://science.nasa.gov
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
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Zonas Habitáveis estelares
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
34
Exoplanetasþ detecção direta difícil
þ detecção indireta:
ü variação da velocidade radial de uma estrela (ambos giram em torno do centro de massa do sistema)
ü trânsito de planeta na frente de estrelas (eclipse, órbitas praticamente perpendiculares ao plano do céu )
ü lente gravitacional (variação no brilho de objetos “atrás” de sistemas planetários, devido à gravidade)
þ Enciclopédia de planetas extrasolares
ü http://www.obspm.fr/encycl/encycl.htmlCarlos Alexandre Wuensche (INPE)
35
Dezembro/1996
Fonte: http://cannon.sfsu.edu/~gmarcy/planetsearch/multi_panel.jpg
1995 - 1997
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
36
Julho/2001
http://cannon.sfsu.edu/~gmarcy/planetsearch/multi_panel.jpg
Por volta de 1999
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
37
Setembro/2003 110 planetas
Fonte: http://exoplanets.org/
Por volta de 2000 - 2001
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
38
178 planetas conhecidos até 2002
Distância máxima: 200 pc
Por volta de 2002
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
39
17/Julho/2006 199 planetas
Fonte: http://exoplanets.eu/
Exoplanet.eu
þ The Extrasolar Planet Encyclopedia: talvez a melhor fonte de informações disponível na rede sobre exoplanetas…
þ http://exoplanet.eu/
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
40
Os primeiros exoplanetas encontrados
Sistema 2M1207
Primeira observação direta de um planeta extra-solar
Objeto branco: anã marrom
Objeto vermelho: planeta com 5 MJ
Distância do paneta a 2M1207: 55 UA
Distância: 70 pc
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
41
2M1207�Primeira observação direta de um planeta extra-solar
Fonte: http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap050510.htmlCarlos Alexandre Wuensche (INPE)
42
Os primeiros exoplanetas encontrados
þ Gliese 876 (sistema múltiplo: 5 planetas – 4 “Júpiters”)
ü Contém o 1o. planeta extrasolar semelhante à Terra
ü Estrela anã, tipo espectral: M
ü Tsup: ~ 200° C, Massa: 5,9 Mterra, Translação: 1,94 dias
þ Distância do planeta a Gliese: 0,021 U.A (3,2 milhões de km)
ü Instrumento: Telescópio Keck
ü http://www2.keck.hawaii.eduCarlos Alexandre Wuensche (INPE)
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Gliese 876d: 1o. Planeta extrasolar semelhante à Terra (2005)
þ Gliese 876: estrela anã þ Tipo espectral: Mþ Tsup: ~ 200 C; Massa: 5,9 Mterra; Translação: 1,94 diasþ Distância de Gliese: 0,021 U.A (3,2 milhões de km)þ Gliese 876: 5 planetas, sendo 4 do tipo Júpiter
confirmados, dois em avaliação þ 1o. Planeta de Gliese descoberto em 1998þ Distância: cerca de 15 anos luz e visível com binóculos na
constelação de Aquariusþ Observação: Telescópio Keck (http://www2.keck.hawaii.edu)
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
44Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
45
Gliese 876
Gliese 876c
Planetas tipo Júpiter
Vista do planeta tipo terrestre a partir de uma hipotética lua
de um dos planetas semelhantes a Júpiter
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
Fonte:http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap050614.html
46
O Zoológico de exoplanetas
48
Borucki et al. Science, 340, 6132, pp. 587-590 (3 May 2013)
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
47
Em 30/09/2010492 planetas confirmados388 sistemas planetários45 sistemas com múltiplos planetas
Em 12/03/2015• 1894 planetas confirmados• 1192 sistemas planetários• 478 sistemas com múltiplos planetas
http://exoplanet.eu/catalog.php
Em 25/07/2006185 planetas confirmados151 sistemas planetários19 sistemas com múltiplos planetas
Em 15/11/20141849 planetas confirmados1160 sistemas planetários471 sistemas com múltiplos planetas
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
Em 02/03/2014815 sistemas planetários1076 planetas179 sistemas com múltiplos planetas
Em 08/12/2016• 3545 planetas confirmados• 2660 sistemas planetários• 597 sistemas com múltiplos planetas
Em 23/01/2019• 3971 planetas confirmados• 2967 sistemas planetários• 652 sistemas com múltiplos planetas
48Divisão de AstrofísicaCarlos Alexandre Wuensche48 Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
https://exoplanets.nasa.gov/interactable/11/
49
Detecção X Caracterizaçãoþ Detecção (COROT e Kepler)
ü Detectar presença de exoplaneta em torno de uma estrela
ü Determinar massa para distinguir das anãs marrons
ü Determinar órbita em torno da estrela
þ Caracterização (Hubble, MOST, Spitzer e Kepler)
ü Determinar raio
ü Determinar propriedades da superfície
ü Determinar propriedades da atmosfera
Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)C. U. Keller, Astronomical Data Analysis (2011)
50
Quais parâmetros físicos são determinados?
þ Velocidade radial (oscilação):ü Período
ü semi-eixo maior
ü Excentricidade
ü limite inferior para massa
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
þ Trânsitos (ocultação):ü Período
ü semi-eixo maior
ü Inclinação
ü Raio
ü temperatura do planeta
ü atmosfera do planetaC. U. Keller, Astronomical Data Analysis (2011)
51
Técnicas principais: Velocidade Radialþ Ambos (estrela e planeta) giram em torno do
centro de massa do sistema.þ O desvio Doppler da luz emitida pela estrela
será maior quanto maior a massa do planeta ou menor a distância entre o planeta e a estrela.
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
K =2⇡G
Porb
1/3 MP sen(i)
(M⇤ +MP )2/31p
1� e2<latexit sha1_base64="M1NYxBs1Orp3L8V3+iVFAay0tR4=">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</latexit><latexit sha1_base64="M1NYxBs1Orp3L8V3+iVFAay0tR4=">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</latexit><latexit sha1_base64="M1NYxBs1Orp3L8V3+iVFAay0tR4=">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</latexit><latexit sha1_base64="M1NYxBs1Orp3L8V3+iVFAay0tR4=">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</latexit>
• e – excentricidade da órbita
• MP – massa do planeta
• M* - massa da estrela
• Porb – período orbital
• G – constante gravitacional
• i – inclinação da órbita
52
Técnicas principais: Velocidade Radialþ Para órbitas aprox. circulares e MP << M*, temos:
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
• Porb – período orbital em anos
• MP – em massas de Júpiter
• M* - em massas solares
vobs = 28, 4M + Psen(i)
P 1/3orb M
2/3⇤
<latexit sha1_base64="42mHqjcuTC3MGpXS2G8DpdDSpgY=">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</latexit><latexit sha1_base64="42mHqjcuTC3MGpXS2G8DpdDSpgY=">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</latexit><latexit sha1_base64="42mHqjcuTC3MGpXS2G8DpdDSpgY=">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</latexit><latexit sha1_base64="42mHqjcuTC3MGpXS2G8DpdDSpgY=">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</latexit>
• Júpiter – 12,4 m/s
• Saturno – 2,8 m/s
• Terra – 9 cm/s
• Estrelas massivas reduzem o sinal
• Estrelas de baixa massa aumentam o sinal
53Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
Velocidade radial
54
Velocidade radial
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
55
Problemasþ Correção para o movimento orbital da terra (até 30 km/s) e rotação da
terra (0,5 km/s)
þ Análise do período orbital
þ Apenas bom para estrelas legais como o Sol
þ Estrelas quentes (O, B, A) não possuem linhas espectrais
þ Rotação estelar, manchas estelares, oscilações, convecção impactam a amplitude do sinal Doppler
þ Estatística
ü Efeitos de seleção: alguns aspectos das distribuições observadas são inconsistentes com a população real de exoplanetas
ü dependem da abordagem de detecção de exoplanetas
ü a massa é principalmente um limite inferior para a massa real
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
C. U. Keller, Astronomical Data Analysis (2011)
56
Técnicas principais: trânsitoþ Órbitas praticamente perpendiculares ao plano do
céu (i=90o).
þ Obtém-se a massa do planeta por velocidade radial e o raio do planeta pelo trânsito.
þ Telescópios no solo conseguem detectar apenas planetas grandes, para planetas telúricos é necessário observar com satélites.
þ Possível de detectar com pequenos telescópios (< 1 m diâmetro)
þ Variações no tempo de trânsito podem revelar outro planeta escondido
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
57
Técnicas principais: trânsitoþ Intensidade do sinal
ü Raio da estrela R*
ü raio do planeta Rp
þ Cerca de 1% para Júpiter e Sol
þ Duração do trânsito proporcional a Porb1/3 (R*/M*)1/3
þ Duração do trânsito permite também estimativa de R*
þ Mudança de intensidade fornece raio do planeta
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
�I
I= (
RP
R⇤)2
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C. U. Keller, Astronomical Data Analysis (2011)
58
Trânsito
Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)
59
Observáveis derivados do trânsito
þ Período
þ Inclinação da órbita (i≈90 °)
þ Raio do planeta
þ Temperatura do planeta a partir do eclipse secundário
þ Escurecimento do limbo da estrela
þ Bom para grandes planetas próximos à estrela
Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)C. U. Keller, Astronomical Data Analysis (2011)
60
Trânsito de Vênus – 8 Junho 2004
Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)
61
Trânsito de planetas extrasolares
þ Duração: 2h30
þ Método: fotometria diferencial
þ Variação na intensidade: < 2%
þ Data: 07-08/09/2004
þ Período: 3,5 dias
Observação do trânsito de HD209458, usando o telescópio de 28 cm do Miniobservatório do INPE (Eder Martioli e Julio Tello)
Δm ~ 0,02
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
http://www.das.inpe.br/miniobservatorio/projetos/transito.htm
62
Primeira detecção de planeta do tipo terrestre
Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)
Massa: 4,8 MTerraDensidade: 5,6 g/cm3
63
Alguns problemas com trânsitosþ Baixa probabilidade, mas simples observação
þ Muitos falsos positivos:
ü Eclipse tangencial da estrela da sequência principal
ü Binárias eclipsante (gigante e sequência principal)
ü Eclipsando binária próxima (foreground ou background)
Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)C. U. Keller, Astronomical Data Analysis (2011)
64
Alguns problemas com trânsitosþ Apenas alguns por cento dos candidatos são exoplanetas reais
þ Precisa de confirmação de velocidade radial com grandes telescópios (≥4m)
Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)C. U. Keller, Astronomical Data Analysis (2011)
65
Técnicas principais: microlentesþ A luz de um objeto distante é curvada e amplificada devido à
gravidade de um objeto situado na linha de visada entre nós e o objeto.
þ Objetos massivos no halo da nossa galáxia podem agir como lentes gravitacionais.
Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)
66Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)
↵̂D =4GM
Dl✓c2<latexit sha1_base64="LqfzXmB9uMkuPJEslqf3r4yjfJk=">AAACFXicbVDLSgNBEJyN7/iKevTSGAQPIrtB0IsgKuhFUDAqZOPSO5m4g7MPZnqFsOQnvPgrXjwo4lXw5t84iTloYsFAUdVFT1eYKWnIdb+c0tj4xOTU9Ex5dm5+YbGytHxp0lxzUeepSvV1iEYomYg6SVLiOtMC41CJq/DusOdf3QttZJpcUCcTzRhvE9mWHMlKQWXTj5DAR5VFGBzBHhTbcAyn4Kc2BUeBAp8iQQj8ptYNKlV3y+0DRok3IFU2wFlQ+fRbKc9jkRBXaEzDczNqFqhJciW6ZT83IkN+h7eiYWmCsTDNon9VF9at0oJ2qu1LCPrq70SBsTGdOLSTMVJkhr2e+J/XyKm92yxkkuUkEv6zqJ0roBR6FUFLasFJdSxBrqX9K/AINXKyRZZtCd7wyaPksrblWX6+Xd0/GNQxzVbZGttgHtth++yEnbE64+yBPbEX9uo8Os/Om/P+M1pyBpkV9gfOxze7f5yq</latexit><latexit sha1_base64="LqfzXmB9uMkuPJEslqf3r4yjfJk=">AAACFXicbVDLSgNBEJyN7/iKevTSGAQPIrtB0IsgKuhFUDAqZOPSO5m4g7MPZnqFsOQnvPgrXjwo4lXw5t84iTloYsFAUdVFT1eYKWnIdb+c0tj4xOTU9Ex5dm5+YbGytHxp0lxzUeepSvV1iEYomYg6SVLiOtMC41CJq/DusOdf3QttZJpcUCcTzRhvE9mWHMlKQWXTj5DAR5VFGBzBHhTbcAyn4Kc2BUeBAp8iQQj8ptYNKlV3y+0DRok3IFU2wFlQ+fRbKc9jkRBXaEzDczNqFqhJciW6ZT83IkN+h7eiYWmCsTDNon9VF9at0oJ2qu1LCPrq70SBsTGdOLSTMVJkhr2e+J/XyKm92yxkkuUkEv6zqJ0roBR6FUFLasFJdSxBrqX9K/AINXKyRZZtCd7wyaPksrblWX6+Xd0/GNQxzVbZGttgHtth++yEnbE64+yBPbEX9uo8Os/Om/P+M1pyBpkV9gfOxze7f5yq</latexit><latexit sha1_base64="LqfzXmB9uMkuPJEslqf3r4yjfJk=">AAACFXicbVDLSgNBEJyN7/iKevTSGAQPIrtB0IsgKuhFUDAqZOPSO5m4g7MPZnqFsOQnvPgrXjwo4lXw5t84iTloYsFAUdVFT1eYKWnIdb+c0tj4xOTU9Ex5dm5+YbGytHxp0lxzUeepSvV1iEYomYg6SVLiOtMC41CJq/DusOdf3QttZJpcUCcTzRhvE9mWHMlKQWXTj5DAR5VFGBzBHhTbcAyn4Kc2BUeBAp8iQQj8ptYNKlV3y+0DRok3IFU2wFlQ+fRbKc9jkRBXaEzDczNqFqhJciW6ZT83IkN+h7eiYWmCsTDNon9VF9at0oJ2qu1LCPrq70SBsTGdOLSTMVJkhr2e+J/XyKm92yxkkuUkEv6zqJ0roBR6FUFLasFJdSxBrqX9K/AINXKyRZZtCd7wyaPksrblWX6+Xd0/GNQxzVbZGttgHtth++yEnbE64+yBPbEX9uo8Os/Om/P+M1pyBpkV9gfOxze7f5yq</latexit><latexit sha1_base64="LqfzXmB9uMkuPJEslqf3r4yjfJk=">AAACFXicbVDLSgNBEJyN7/iKevTSGAQPIrtB0IsgKuhFUDAqZOPSO5m4g7MPZnqFsOQnvPgrXjwo4lXw5t84iTloYsFAUdVFT1eYKWnIdb+c0tj4xOTU9Ex5dm5+YbGytHxp0lxzUeepSvV1iEYomYg6SVLiOtMC41CJq/DusOdf3QttZJpcUCcTzRhvE9mWHMlKQWXTj5DAR5VFGBzBHhTbcAyn4Kc2BUeBAp8iQQj8ptYNKlV3y+0DRok3IFU2wFlQ+fRbKc9jkRBXaEzDczNqFqhJciW6ZT83IkN+h7eiYWmCsTDNon9VF9at0oJ2qu1LCPrq70SBsTGdOLSTMVJkhr2e+J/XyKm92yxkkuUkEv6zqJ0roBR6FUFLasFJdSxBrqX9K/AINXKyRZZtCd7wyaPksrblWX6+Xd0/GNQxzVbZGttgHtth++yEnbE64+yBPbEX9uo8Os/Om/P+M1pyBpkV9gfOxze7f5yq</latexit>
• α – ângulo de lenteamento• θ – semi-ângulo de deflexão• M – massa do objeto (lente)• Dl – distância lente – observador• DlS – distância lente – fonte• DS – distância fonte – observador
observadorfonte
lente
GEOMETRIAPOSICIONAMENTO
� = ✓ � ↵D<latexit sha1_base64="ARKtV+dEoilmPJw78U5XK6Y35gA=">AAACAnicbZDJSgNBEIZ7XGPcRj2Jl8YgeDHMiKAXIagHjxHMAplhqOn0JE16FrprhBCCF1/FiwdFvPoU3nwbO8tBE39o+Piriur6w0wKjY7zbS0sLi2vrBbWiusbm1vb9s5uXae5YrzGUpmqZgiaS5HwGgqUvJkpDnEoeSPsXY/qjQeutEiTe+xn3I+hk4hIMEBjBfa+F3IEekk97I7ghHogsy4EN4FdcsrOWHQe3CmUyFTVwP7y2inLY54gk6B1y3Uy9AegUDDJh0Uv1zwD1oMObxlMIObaH4xPGNIj47RplCrzEqRj9/fEAGKt+3FoOmPArp6tjcz/aq0cowt/IJIsR56wyaIolxRTOsqDtoXiDGXfADAlzF8p64IChia1ognBnT15HuqnZdfw3VmpcjWNo0AOyCE5Ji45JxVyS6qkRhh5JM/klbxZT9aL9W59TFoXrOnMHvkj6/MHLHuV/g==</latexit><latexit sha1_base64="ARKtV+dEoilmPJw78U5XK6Y35gA=">AAACAnicbZDJSgNBEIZ7XGPcRj2Jl8YgeDHMiKAXIagHjxHMAplhqOn0JE16FrprhBCCF1/FiwdFvPoU3nwbO8tBE39o+Piriur6w0wKjY7zbS0sLi2vrBbWiusbm1vb9s5uXae5YrzGUpmqZgiaS5HwGgqUvJkpDnEoeSPsXY/qjQeutEiTe+xn3I+hk4hIMEBjBfa+F3IEekk97I7ghHogsy4EN4FdcsrOWHQe3CmUyFTVwP7y2inLY54gk6B1y3Uy9AegUDDJh0Uv1zwD1oMObxlMIObaH4xPGNIj47RplCrzEqRj9/fEAGKt+3FoOmPArp6tjcz/aq0cowt/IJIsR56wyaIolxRTOsqDtoXiDGXfADAlzF8p64IChia1ognBnT15HuqnZdfw3VmpcjWNo0AOyCE5Ji45JxVyS6qkRhh5JM/klbxZT9aL9W59TFoXrOnMHvkj6/MHLHuV/g==</latexit><latexit sha1_base64="ARKtV+dEoilmPJw78U5XK6Y35gA=">AAACAnicbZDJSgNBEIZ7XGPcRj2Jl8YgeDHMiKAXIagHjxHMAplhqOn0JE16FrprhBCCF1/FiwdFvPoU3nwbO8tBE39o+Piriur6w0wKjY7zbS0sLi2vrBbWiusbm1vb9s5uXae5YrzGUpmqZgiaS5HwGgqUvJkpDnEoeSPsXY/qjQeutEiTe+xn3I+hk4hIMEBjBfa+F3IEekk97I7ghHogsy4EN4FdcsrOWHQe3CmUyFTVwP7y2inLY54gk6B1y3Uy9AegUDDJh0Uv1zwD1oMObxlMIObaH4xPGNIj47RplCrzEqRj9/fEAGKt+3FoOmPArp6tjcz/aq0cowt/IJIsR56wyaIolxRTOsqDtoXiDGXfADAlzF8p64IChia1ognBnT15HuqnZdfw3VmpcjWNo0AOyCE5Ji45JxVyS6qkRhh5JM/klbxZT9aL9W59TFoXrOnMHvkj6/MHLHuV/g==</latexit><latexit sha1_base64="ARKtV+dEoilmPJw78U5XK6Y35gA=">AAACAnicbZDJSgNBEIZ7XGPcRj2Jl8YgeDHMiKAXIagHjxHMAplhqOn0JE16FrprhBCCF1/FiwdFvPoU3nwbO8tBE39o+Piriur6w0wKjY7zbS0sLi2vrBbWiusbm1vb9s5uXae5YrzGUpmqZgiaS5HwGgqUvJkpDnEoeSPsXY/qjQeutEiTe+xn3I+hk4hIMEBjBfa+F3IEekk97I7ghHogsy4EN4FdcsrOWHQe3CmUyFTVwP7y2inLY54gk6B1y3Uy9AegUDDJh0Uv1zwD1oMObxlMIObaH4xPGNIj47RplCrzEqRj9/fEAGKt+3FoOmPArp6tjcz/aq0cowt/IJIsR56wyaIolxRTOsqDtoXiDGXfADAlzF8p64IChia1ognBnT15HuqnZdfw3VmpcjWNo0AOyCE5Ji45JxVyS6qkRhh5JM/klbxZT9aL9W59TFoXrOnMHvkj6/MHLHuV/g==</latexit>
67Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)
A(u) =u2 + 2
upu2 + 4
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D�1rel = D�1
l �D�1s
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+
Amplificação da imagem
68Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)
69
Métodos de deteção de planetasLentes gravitacionais
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
70
Detecção de planetas por microlenteamento
OGLE - Optical Gravitational Lensing Experiment
Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)
Bond et al. 2004 astro-ph/0404309
71
Vantagens do microlenteamentoþ Capaz de encontrar os planetas mais distantes e
menores de qualquer método atualmente disponível
þ Mais sensível aos planetas que orbitam em distâncias moderadas a grandes de suas estrelas (complementar a velocidade radial e trânsito),
þ Capaz de observar dezenas de milhares de planetas simultaneamente. Se um evento de microlente ocorrer em qualquer lugar dentro do campo de estrelas observado, ele será detectado.
Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)
72
Desvantagens do microlenteamentoþ Eventos ocorrem uma única vez
þ Distância do planeta detectado da Terra é conhecida apenas por aproximação grosseira. Ao lidar com planetas a dezenas de milhares de anos-luz de distância, isso poderia significar erros de milhares de anos-luz!
þ Eventos raros e aleatórios - a passagem de uma estrela precisamente na frente de outra vista da Terra.
þ Imprevisível!!!
þ Detecções por microlenteamento até a 24/01/2019: 89 planetas
Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)
73
Observação de atmosferas de exoplanetas
þ Trânsito: raio do planeta
þ Emissão térmica: atmosfera emissora, temperatura e gradiente, curva de fase térmica
þ Espectros de transmissão: alta atmosfera, exosfera
þ Reflexão: albedo, curva da fase de luz refletida (polarização), atmosfera com espalhamento
þ Curva de luz fornece informações sobre estrela + planeta
þ Eclipse Secundário: sem luz do planeta -> albedo
þ Diferença em diferentes comprimentos de onda -> espectro do exoplaneta -> composição da atmosfera
Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)
74Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)
Seager & Demming (2010)
75
PrimeiraobservaçãodaatmosferadeumexoplanetapelosatéliteKepler(06/08/2009)
þ Localizado em torno de uma estrela cerca de 1000 anos-luz da Terra
þ Translação: 2,2 dias
þ Massa ~ MJúpiter (~ 318 MTerra)
þ raio da órbita: 5,7 milhões de km (26 vezes mais próxima da estrela do que a Terra do Sol)
52Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
76
Sumário das técnicas de detecçãoObservável Júpiter Terra Possíveldetectar
hoje?
DetecçãodiretaNão(Júpiter)Não(Terra)separaçãoangularnocéu 1arcsec 0,2arcsec
Razãodebrilhoestrela/planeta 10-9(V)/10-4(IR) 10-10(V)/10-6(IR)
Velocidaderadial 13m/s 3cm/s Sim(Júpiter)Não(Terra)Oscilaçãoastrométrica 1miliarcsec 0,6microarcsec
Trânsito
Precisãofotométrica 1% 0,01% Sim(Júpiter)Sim(Terra)Duração 25h 11h
Microlenteamento
Amplificaçãoa4kpc <10%(V) <1% Sim(Júpiter)Não(Terra)Duração <3dias <4h
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
Lunine (2005)
77
Sumário por técnica de detecção
Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)
MÉTODO PLANETAS SISTEMAPLANETÁRIO
SISTEMACOMMÚLTIPLOSPLANETAS
VELOCIDADERADIAL 804 596 145
PULSARES 33 27 5
LENTEAMENTO 89 84 3
IMAGEAMENTO 116 96 3
TRÂNSITO 2901 2179 473
ASTROMETRIA 6 1 0
TransitTimingVariation(TTV) 9 8 1
OUTROS 15 14 1
Exoplanet.eu
78Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)
https://www.nasa.gov/image-feature/ames/kepler/exoplanet-populations
79
Super-Terras
þ Objetos com até cerca de 10 MTerra (mini-Netunos…)
þ Observações indicam que eles devem ser comuns em torno de estrelas mais frias que o Sol (tipos espectrais K e M)
þ Formação e evolução: novos modelos de formação planetária (devido à diversidade de posições em relação à estrela hospedeira)?
þ Janeiro de 2019: cerca de 100 objetos encontrados
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
Raghighipour, Ann. Rev. Earth and Plan. Sciences (2013)
80
Super-terras þ Mecanismo de formação: disco circunstelar que evolui a partir de
partículas de poeira para objetos maiores (nebulosa protoplanetária).
1. coagulação de partículas de poeira através de batidas suaves e colagem, o que resulta na formação de objetos do tamanho de centímetros e decímetros;
2. crescimento de corpos do tamanho de centímetros e decímetros para planetesimais do tamanho de um quilômetro;
3. colisão e acreção de planetesimais a embriões planetários (objetos do tamanho de lua a estrela) na parte interna do Sistema Solar e nos núcleos de planetas gigantes nas partes externas; e
4. acréscimo de gás e formação de planetas gigantes, seguido do crescimento colisional de embriões planetários para corpos de classe terrestre
Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)
81Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)
Raghighipour, Ann. Rev. Earth and Plan. Sciences (2013)
82
Migrações de super-Terras
Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)
https://www.fis.unam.mx/~masset/moviesmpegs.html
83
Migrações de super-Terrasþ Efeitos importantes
ü Em estrelas do tipo solar, planetesimais podem permanecer no disco protoplanetário durante a migração de um planeta gigante, sendo acretados a ele, ou aglutinar-se em embriões protoplanetários para formar uma super-Terra
ü Em estrelas menores, os planetesimais são ejetados do disco durante a migração do planeta gigante para dentro do sistema planetário
ü A presença de pequenos planetas próximos à estrela hospedeira pode ser explicada por um “espalhamento” para dentro, a partir de órbitas externas, ou por uma ressonância na migração do planeta gigante, sendo arrastado para dentro com ele.
Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)Raghighipour, Ann. Rev. Earth and Plan. Sciences (2013)
84Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)
Raghighipour, Ann. Rev. Earth and Plan. Sciences (2013)
Note as ressonâncias a partir de 1000 anos, que vão acabar ejetando os planetesimais, impedindo que eles se aglutinem para formar mais super-Terras.
85Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)
Raghighipour, Ann. Rev. Earth and Plan. Sciences (2013)
86
Magnetosfera de exoplanetas
þ Qual o interesse?
ü Detecção
ü Caracterização além do espectro
ü Massa, taxa de rotação, satélites, dinâmica atmosférica, estrutura interna
ü Habitabilidade?
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
87Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)
Emissões aurorais…
88Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)
89Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)
90
COROT
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
þ Objetivos científicosü Estudar a estrutura interna de estrelas usando técnicas
fotométricas.
ü Detecção de planetas orbitando em torno de estrelas, por meio de medidas na flutuação da intensidade da luz.
Participação brasileira em ordem alfabética: INPE, LNA, ON, UFMG, UFRGS, UFRJ, UFRN, UFSC, U. Mackenzie, USP
MISSÕES RECENTES
91
O Satélite KEPLER
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
92Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
4760
2330
2165 eclipsing
binary stars
93
DarwinESA
Terrestrial Planet Finder NASA
51
Carlos Alexandre Wuensche
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
94
Proxima Centauri b
þ O exoplaneta rochoso mais próximo da Terra
þ Estrela Hospedeira: anã vermelha (0,15 MSol)
þ Período anual: 11,2 dias
þ Massa: 1,3 MT
þ Distância: 4,2 anos luz
þ Distância à estrela: 7,5 milhões de km
þ G. Anglada-Escudé et al. Nature (2016)Carlos Alexandre Wuensche (INPE)
95
Créditos: ESOCarlos Alexandre Wuensche (INPE)
96Carlos Alexandre Wuensche (INPE)Créditos: ESO
97
þ Medidas de trânsitos planetários
þ Medidas de atmosferas planetárias
þ Caracaterização de objetos e atmosferas
þ Busca de bioassinaturas, a partir da confirmação das condições de habitabilidade
O futuro
Disco protoplanetário medido pelo telescópio ALMA
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)Créditos: ESO
98
FIM DA AULA 5
Carlos Alexandre Wuensche (INPE)