-
Potraga
za ekstrasolarnim
planetima
Dijana
Dominis
Prester, FFRI
5. znanstveni
sastanak
HFD-aPrimošten, 6.10.2007.
-
Zašto tražimo egzoplanete?
-
Zašto tražimo egzoplanete?
-
Zašto tražimo egzoplanete?
•
Ima
li
života
na drugim
planetima?•
Egzobiologija
•
Razumijevanje stvaranja
i
strukture
sustava planeta
i zvijezda
-
•
Razvoj
metoda
potrage
za ekstrasolarnim
planetima
•
Efekt
gravitacijske
leće•
Metoda
omjera
toka
zračenja
•
Potraga
astrometrijom
-
Povijest i metode
•
Prvi planeti izvan Sunčevog sustava
otkriveni su
oko pulsara•
Arecibo
radio teleskop
(Wolszczan
&
Frail
1992)•
Mjerenja anomalija u periodu pulsiranja
•
Zasad nekoliko planeta:
ZemljeMm34 1010 →≈ −
-
Što je ekstrasolarni planet?
•
Pulsar: ostatak
eksplozije
supernove-
planete
stvorene
od
izbačene
tvari?
•
“Ekstrasolani
planet
je planet u orbiti zvijezde
koja nije naše Sunce”
(IAU)
•
Definicija isključuje planete oko pulsara, kao i “planete lutalice”
(free-floating
planets)•
Zasad
otkriveno
oko
250 egzoplaneta
-
Metoda radijalnih brzina
-
Metoda radijalnih brzina
•
Mjeri se Dopplerov
pomak
u spektru matične zvijezde
•
Prvo otkriće egzoplaneta
u orbiti zvijezde Glavnog niza
H-R dijagrama, 51 Pegasi
b
(Mayor
& Queloz
1995)- “vrući Jupiter”: m=0.5M(Jup), T=1200K
•
Moguće je odrediti samo donju granicu mase
planeta!
(ne znamo
kut
nagiba
orbite)
•
Zasad
najviše
otkrića
egzoplaneta
( >200)
-
Tranziti
-
Tranziti•
Samo veliki planeti
blizu matičnih
zvijezda
•
Prvo
otkriće: “vrući Jupiter”
m=0.7M(Jup) oko zvijezde HD209458 u zviježđu Pegaza (Charbonneau
et al. 1999)
•
CoRoT
(lansiran
u prosincu
2006, prvi
planet otkriven
u svibnju
2007)
•
Otkriće
vodene pare atmosferi egzoplaneta (Tinetti
et al., srpanj
2007)
-
mjerenja svjetlosnih
krivulja
u IR području (Spitzer
Space
Telescope)
-
Direktno snimanje
•
Dosad 4 kandidata•
Prvi: 2M1207b u orbiti smeđeg patuljka (Chauvin
et
al. 2004)•
Snimljen pomoću VLT-a u IR području
•
m
~ 3M(Jup)•
veliki
planeti
u
dalekim
orbitama
-
Gravitacijska leća
•
Gravitacijska
sila•
Masa
-
zakrivljuje
zraku
svjetlosti•
Veća masa
uzrokovat
će veći kut
otklona
•
J. Soldner
(1804)•
A. Einstein (1911)
IZVOR
LEĆA
OPAŽAČ
-
OPAŽAČ IZVOR
SLIKA 1
SLIKA 2
Mikroleća: izvor
se ne može
razlučiti
od
slike
Einsteinov
polumjer:
SL
LStot
DDcDGMR 20
4=
Točkasta
gravitacijska
leća
SD
LD LSD
-
Naša
galaksija
(Mliječni
put)
-
2
max2min ⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −+=
Etttuu
42
2
2
+
+=
uuuA
Povećanje:
(Faktor impakta: )minu
-
Ali…
•
Oko
polovica
zvijezda
u Mliječnom putu: u dvojnim
sustavima
•
modeliranje
leće
i izvora•
Planetarni
sustavi: također
dvojni
ili
višestruki, s ekstremnim
omjerima
mase
-
Svjetlosna
krivulja
dvojne
leće
EROS-BLG-2000-5
KAUSTIK(CAUSTIC):krivulje
vrlo
jakog
povećanja
-
Model dvojne leće (BL-SS)•
koristimo tzv. Ray-shooting metodu
=> mape povećanja
(magnification patterns)
-
da bismo iz svjetlosne krivulje izračunali parametre sustava koristimo numeričke metode optimizacije
(GA, Powell,
adaptive contouring...)
),,,,( 00 blendizvorE FFtut
-
pixRE
10005 ≡
.).2(~6.03.0
UARd
q
E==
SunRpix 51 ≈
-
)1000,1000(),()1,1(),(
106.0
453.0
22
11
*
==
===
=
yxyx
RRRd
iq
Sun
E
o
Animacija: ©
Dijana Dominis
-
Efekt gravitacijske mikrolećeIzvor –
1 zvijezda, Leća –
1 zvijezda
Animacija: ©
Scott Gaudi
-
Izvor –
1 zvijezdaLeća –
zvijezda + planet
Animacija: ©
Scott Gaudi
-
Izvor
–
2 zvijezde (dvojni sustav A+B)Leća –
1 zvijezda
Anomalija: kratkog trajanja (~ dani, sati)
-
Degeneracija
rješenja
svjetlosne
krivulje
ERdq
3.110 3
== −
3105 −×=B
A
FF
Puna crta:Leća je dvojna zvijezda
Isprekidana crta:Izvor je dvojna zvijezda
-
Model dvojne zvijezde izvora (BS-SL)•
Svjetlosna krivulja je linearna kombinacija dviju krivulja:
•
n različitih teleskopa•
Kôd BISCO za optimizaciju rješenja svjetlosne krivulje (Dominis 2005) koristi genetički algoritam
PIKAIA (Charbonneau
1995) u potrazi za najboljim rješenjem
),(2
)/),(),(),(),(,(
)()()(
0000i
blendiA
BAE
iblendB
iBA
iA
FFn
FFBtAtBuAut
FtAFtAFtF ++=
-
Mreža PLANET teleskopaOGLE
i MOA
prate
brojne zvijezde i šaljuupozorenja o promjenama sjaja
PLANET
: (Probing Lensing Anomalies NETwork)- 24-satno praćenje- vrlo česta i preciznamjerenja sjaja -
Home base
-
Snimka dijela nebau smjeru središta Mliječnog Puta(između Strijelca iŠkorpiona)
I filter
Vidimo izvor svjetla,zvijezdu tipa G4III
0.5‘KTRR
G
SunceG
5200~10~
*
*
"38'22302.19min5417
°−==
δα sh
-
Prividna promjena sjaja OGLE-2005-BLG-390
Animacija: ©
PLANET
-
Svjetlosna krivulja OGLE-2005-BLG-390
-
Rješenje sustava i parametri OGLE-2005-BLG-390Lb
•
Masa planeta: •
Masa matične zvijezde:
•
Udaljenost planeta od zvijezde:
•
Udaljenost sustava od nas:
ZemljeP MM5.57.25.5
+−=
SuncaM MM21.011.0* 22.0
+−=
lykpcD MP 000,20~6.60.10.1*
+−+ =
..7.2 5.1 6.0 UAdP+−=
(J.P. Beaulieu,...,D. Dominis,..., et al.: PLANET/RoboNET, OGLE, MOA), 2006, Nature, 439, 437)
-
Putanja zvijezde izvora (G div) u odnosu na sustav Planet + M zvijezda(mapa povećanja)
Pizvor mR ⇒*
-
Značaj i nedoumice okrića OGLE-2005-BLG-390Lb
•
Prvi mali
čvrsti hladni
planet u orbiti zvijezde Glavnog niza otkriven dosad
•
Metoda obećaje da ćemo pomoću nje pronaći egzoplanete mase Zemlje
•
Potvrda teorije o stvaranju planeta
(core accretion)
•
Ne možemo opet opažati događaj, niti vidjeti sustav leće (planet+zvijezda)
•
Ne znamo kakva mu je orbita
-
A što
bi se bilo
desilo
da
je
one fatalne
noći
u Perthu
bilo
oblačno?…. Ne
bismo
bili
sigurni
da
li
je
drugi
vrh
prouzročio
planet, ili dvojni
izvor!
-
Metoda omjera toka zračenja (Dominis 2006)
)()(
)()(
VFVF
IFIF
B
A
B
A ≠Dvojni izvor –
jednostruka leća:
I V
-
Metoda
omjera
toka
zračenja
•
U slučaju
jednostrukog
izvora
-
dvostruke leće
(s planetom)
relativni
odnosi
visina
dvaju
vrhova
su
isti
u I i V vrpcama•
Problem: za
mjerenja
u V vrpci
potrebno
dulje
vrijeme
ekspozicije
od
I, zbog
jače apsorpcije
međuzvjezdanom
tvari
(više
teleskopskog
vremena)•
Prednosti: pronalaženje
većeg
broja
planeta, te
dvojnih
izvora
-
Svega nekoliko dodatnih mjerenja u V vrpci
može razlučiti dvojni izvor s jednostrukom lećom
od
dvojne leće (zvijezda + planet) s jednostrukim izvorom
!
I V
-
Astrometrija
•
Najstarija
metoda
potrage za egzoplanetima (1943. prvi neuspio pokušaj, te kasnije u 60-
ima)•
Komplementarna metodi radijalnih brzina
(osjetljiva na orbite okomite na liniju promatrača, i planete s velikim polumjerima orbita)
•
potrebna velika astrometrijska preciznost (uređaji budućnosti)
-
Astrometrijska oscilacija
(wobble):DmamA PP
*
"=
pcDMm
MmMm
UAagodinaP
PlanetWDRD
SunceRD
JupiterP
SunceWD
P
P
1025.0
15.0
..37
)]([
==
==
==
++
Relat
ivni p
oloža
j (arc
sec)
Vrijeme (dani)
-
Zbog čega tražimo planete oko bijelih patuljaka (WD)?
)()(
)()(
2*
1*
1
2
tMtM
tata
pl
pl =Gubitak mase =>
Očekujemo postojanje planeta oko bijelih patuljaka u dalekim orbitama (>5 A.U.) ali...
Dosad nije pronađena nijedna!
-
PRIMA / VLTI (Phase Referenced Imaging and Micro Arcsecond Astrometry)
- interferometrijski uređaj- početak rada 2008?- očekuje se astrometrijska preciznost od 10 mikro lučnih sekundi!
(u najgorem slučaju 100)-
trebamo sjajnu referentnu zvijezdu
2“
< d(objekt,ref.zvijezda) < 60“
-
lista poznatih sjajnih dvojnih sustava (WD-RD)
-
2MASS, 90“x90“(2003)
WD: L 923-21, RD: L923-22 (K=12.4) (K=7.4)
d=27“D=10pc
SuperCOSMOS SS(1988)
-
Simulirana astrometrijska mjerenja (PRIMA)
plavo: modelcrveno: najbolji fit
-
Saga se nastavlja…
•
Nekoliko
novih
planeta
otkriveno
u PLANET opažačkoj
sezoni
2007.
•
Budućnost: -
Astrometrija: mase
i orbite
-
Svemirske
misije
(Spitzer, CoRoT, GAIA, SIM, Kepler…)-
Teleskopi
na
Antarktiku
-
HR dijagram (tipovi zvijezda)
-
Fotometrijski sustav UBVRI i filteri
-
Isochrone for 10 Gyr (D=8 kpc)
I
(V-I)
-
•
Dvojni izvor •
Dvojna leća
632/608.../
)7515(/)00080059.0(
)01.034.0()13.037.11(
=
±=±=
±==±=
2 fod
FFRu
Rudt
AB
EA
EB
E
χ 631/562.../
)008.0610.1(10)7.06.7(
)005.0359.0()11.003.11(
50
=
±=±=
±=±=
2
−
fod
Rdq
Rudt
E
E
E
χ
Usporedba modela
-
Određivanje parametara sustava pomoću gustoće vjerojatnosti
-
)(
'
'
4' 22
θαθβ
αα
αβθ
α
φ
−=
=
+=
=
−=
S
LS
LSSS
DD
DDD
uuc
GMr
GM Gravitacijski potencijal
u –
kutna udaljenost zrake od mase
Jednadžba grav. leće
-
∑
∑
−−
−=
=
=
−−
=
Ε
Ε
n
i i
ii
n
i i
ii
xxxxmxy
y
x
xxxxm
cGx
2
22
||
,
||4)(
θβ
θθ
α
Za n točkastih masa:
-
Einsteinov prsten
-
ERdq
33.0
==
-
ERdiq
145
0.1o
==
=
Animacija: ©
Dijana Dominis
-
Chile: 1.5 m
Tasmanija
(Australija): 1.0 m
Teleskopi
-
Svjetlosna krivulja točkaste leće
-
Izvor
–
2 zvijezde (dvojni sustav A+B) Leća –
1 zvijezda
-
OGLE-2004-BLG-347
Dosad nije 100-tno potvrđen nijedan dvojni izvor!
-
Degeneracija rješenja svjetlosne krivulje
-
!!???!§%3*$&
8.1../ =2 fodχ
BL-SS fit
-
Genetički algoritmi
•
Numerička optimizacija
rješenja inverznog problema
(svjetlosna
krivulja => skup fizikalnih parametara)•
Koristi metode prirodne selekcije (odabir roditelja, mutacija, križanje)
•
Pogodan za vrlo složene parametarske prostore s mnogo lokalnih minimuma
-
-
nasumična početnapopulacija- np
jedinki
- ng
generacija- traži se najbolji
-
FITNESS
–
kriterij odabira roditelja unutar populacije
(suma kvadratnih odstupanja modela od mjerene krivulje po stupnju slobode)
⇒Vjerojatnost odabira jedinke za križanje: veliki FITNESS⇒ vjerojatnost brisanja jedinke:mali FITNESS
.../2 fodχ
-
Mikroleće u smjeru središta Mliječnog Puta
tjedanatkmsV
masUARkpcDkpcD
E
E
S
d
101100
0.1..0.45.80.60.60.5
1
−≈≈
≈≈−≈−≈
−
-
Water vapour
detected in the atmosphere of a hot Jupiter transiting planet (Tinetti
et al, July 2007)
-
Interferometric Astrometry
-
The differential phase
IntAtmObject
ObjectstarR
OPDOPDSB
OPDOPD
+++Δ
=−−
φπλ
2
-
Naseljive zone:područja u kojima su uvjeti pogodni za stvaranje života
Tekuća voda!
-
Slide Number 1Zašto tražimo egzoplanete?Zašto tražimo egzoplanete?Zašto tražimo egzoplanete?Slide Number 5Povijest i metodeŠto je ekstrasolarni planet?Metoda radijalnih brzinaMetoda radijalnih brzinaSlide Number 10TranzitiTranzitiDirektno snimanjeGravitacijska lećaTočkasta gravitacijska lećaSlide Number 16Slide Number 17Ali…Svjetlosna krivulja dvojne lećeModel dvojne leće (BL-SS)Slide Number 21Slide Number 22Slide Number 23Slide Number 24Slide Number 25Slide Number 26Degeneracija rješenja svjetlosne krivuljeModel dvojne zvijezde izvora (BS-SL)Mreža PLANET teleskopaSlide Number 30Slide Number 31Svjetlosna krivulja OGLE-2005-BLG-390Rješenje sustava i parametri�OGLE-2005-BLG-390LbSlide Number 34Značaj i nedoumice okrića �OGLE-2005-BLG-390LbSlide Number 36Metoda omjera toka zračenja �(Dominis 2006)Metoda omjera toka zračenjaSlide Number 39Slide Number 40AstrometrijaSlide Number 42Zbog čega tražimo planete �oko bijelih patuljaka (WD)?PRIMA / VLTI�(Phase Referenced Imaging and Micro Arcsecond Astrometry)Slide Number 45Slide Number 46Saga se nastavlja…HR dijagram (tipovi zvijezda)Fotometrijski sustav UBVRI i filteriIsochrone for 10 Gyr (D=8 kpc)Slide Number 51Određivanje parametara sustava pomoću gustoće vjerojatnostiSlide Number 53Za n točkastih masa:Slide Number 55Einsteinov prstenSlide Number 57Slide Number 58TeleskopiSlide Number 60Svjetlosna krivulja točkaste lećeIzvor – 2 zvijezde (dvojni sustav A+B)�Leća – 1 zvijezda�Slide Number 63Degeneracija rješenja svjetlosne krivuljeSlide Number 65Genetički algoritmiSlide Number 67Slide Number 68Mikroleće u smjeru središta Mliječnog PutaSlide Number 70Slide Number 71Interferometric AstrometryThe differential phaseSlide Number 74Slide Number 75