Exobolygók
Molnár László MTA CSFK Csillagászati Alaptanfolyam 2013
Exobolygók ●
Nem a Nap körül
●
Pontos/végleges definíció nincs
●
Óriásbolygók/barna törpék ●
Határ ~ 13 Jupitertömeg körül
●
Energiatermelés vagy keletkezés alapján?
●
Kis égitestek
●
Csillag nélküli bolygók ●
Naprendszerhez hasonló problémák
Történet ●
●
Más csillagok is Naphoz hasonlóak, bolygóik lehetnek ●
1584 Giordano Bruno
●
Newton is utal rá
Első állítások ●
●
19. sz. - 70 Oph (elős bizonyított fizikai kettős) anomáliák – tévesnek bizonyultak 1960-70, Peter van de Camp – Barnard-csillag asztrometriája ●
műszereffektusok
Történet ●
●
Főként asztrometriai állítások Otto Struve (1952) – radiálissebesség-mérések vagy tranzitok (fedések)
Történet ●
●
Főként asztrometriai állítások Otto Struve (1952) – radiálissebesség-mérések vagy tranzitok (fedések)
Történet ●
1988 – radiálissebesség-változások a gamma Cephei -nél ●
●
Határeset, csak 2003-ban igazolták
1992: Wolszczan & Frail – első pulzárbolygók ●
PSR 1257+12 – 2 bolygó
●
Pulzár időjelek modulációja
- Másodlagos bolygórendszer • - Szupernóva után létrejött törmelékkorongból • - Ritka •
Történet ●
1995 – Mayor & Queloz – 51 Pegasi b ●
Első igazi bolygó igazi csillag körül
●
Radiálissebesség-mérések
●
P = 4,23 nap
●
Msini = 0,47 MJ
●
A ~ 60 m/s
●
Első forró Jupiter
Történet ●
1999 – HD 209458 b – első fedési exobolygó
●
2003 – első mikrolencse
●
2004 – 2M1207 b – első közvetlen képalkotás
●
2004,5 – első szuperföldek(?) ●
●
55 Cancri e, Gliese 876 d
2011 – COROT-7b ●
Első valódi kőzetbolygó
Felfedezések száma
Dinamika
TTV
RV mérések ●
Csillag Doppler-eltolódása – egyvonalas spektr. kettős
●
Amplitúdó ~ tömegarány (km/s – 10-20 m/s)
●
sini függés!! Csak alsó tömegkorlát
●
Keringési periódus, excentricitás igen, méret (sűrűség) nem
●
Több periodicitás szétválasztása problémás
●
O,B,A csillagokban nincsenek jó, keskeny vonalak
●
forgás, foltok, oszcillációk zavarhatnak
RV mérések - HARPS ●
High Accuracy Radial velocity Planet Searcher - echelle spektrográf
●
Chile, La Silla 3,6 m távcső, 2003-
●
~ 1 m/s pontosság
●
Eddig 135 bolygó
Gliese 581 – 6 vagy 4 bolygó? Vogt, Butler & Rivera, 2010
Forveille et al. 2011
Timing (O-C) ●
●
●
O-C: obszervált – kalkulált Periodikus jelek modulációja a fényidőeffektus által
TTV – tömegbecslés ●
Több-bolygós rendszerek, nem fedő tagok KOI-872
Dinamikai módszerek ●
Radiális sebesség (RV)
●
Timing (O-C) – pulzárok, pulzáló változók ●
●
●
Fény-idő effektus, megfigyelő távolsága változik
TTV (Transit-Timing Variations) ●
Közeli bolygók kölcsönös perturbációi
●
RV nélkül lehet tömeget becsülni!
Asztometria – GAIA fog áttörést hozni
Képalkotás
TTV
Közvetlen képalkotás ●
Komoly nehézségek ●
Hatalmas kontraszt – IR-ben kisebb
●
Kis szögtávolság, < 1“ -> koronográf + AO
●
Nagy fizikai távolság – lassú keringés
TTV
Fényváltozások
Mikrolencsék ●
Bolygók által okozott grav. lencsézés
●
Egyetlen csillag által ->
●
●
Bolygó, közel az Einstein-gyűrűhöz jelentősen módosítja Kausztika – megtört/eltérített fénysugarak burkolója
Mikrolencsék ●
Néhány órás-napos jelenség
●
Távoli bolygókra is érzékeny
●
Lencsézés kevésbé függ a bolygó tömegétől
●
Nem megismételhető!
●
Gazdag háttér szükséges – LMC, SMC, dudor ●
OGLE, EROS, MOA, MACHO felmérések
●
20 bolygó
●
Szabadon lebegő bolygók is!
TTV
Fényváltozások
Fedési exobolygók ●
Csillagkorong előtt elhaladó bolygókorong -> korongra integrált fényesség lecsökken
●
Fedési kettősökkel ekvivalens jelenség
●
Közelebbi/nagyobb bolygókra érzékenyebb ●
●
Távolabbi: fedések ritkábban, jó geometria valószínűsége csökken
Méret (arányok)at ad, tömeget nem! ●
RV, TTV, sok bolygó szükséges
●
Hamis pozitívak kizárása komoly probléma
Vénusz
Merkúr
Fedési exobolygók ●
●
●
●
Hamis pozitívak: Kettős súroló fedése alak általában eltér Extrém kettőscsillag óriás/törpe pár Blend: harmadik csillag összfényesség vs. fedési mélység
Földi felmérések ●
Számos program indult (2000-es évek) ●
Csak pár lett sikeres (HATNet, (Super)WASP)
Forró Jupiterek ●
●
Kezdeti mérések (RV, tranzit) közeli óriásbolygókra voltak érzékenyek Forró Jupiterek légköre a hőtől felpuffad -> mély fedés
●
Gázcsóva is kialakulhat
●
Kezdetben anomáliának tekintették ●
Egyre több: migráció bevezetése a bolygókeletkezési modellekbe
HAT-P-32b – felpuffadt forró Jupiter
HAT-P-11b – első forró Neptunusz
1,2 m FLWO és 60/90
Egyre ritkább gázbolygók
Barna törpe sivatag ●
●
●
Forró Jupiterek és kettőscsillagok közötti hiány Közeli barna törpék (< 5 AU) beolvadnak az anyacsillagba a keletkezés után? (migráció) Kettős barna törpék viszont léteznek!
Űrtávcsövek ●
●
●
●
Számos előny: kvázi-folytonos megfigyelések, fotometriai stabilitás és pontosság Kisebb/távolabbi bolygók ●
Távoli gáz/jégbolygók
●
Kőzetbolygók
●
Bolygók a lakhatósági zónában
Statisztikák Asztroszeizmológia – egy nagyságrenddel pontosabb méret, kor, stb. (~1-3%)
Űrtávcsövek ●
●
Eddington (ESA) Keplerhez hasonló, de nagyobb projekt – 2000-03, törölték CoRoT (CNES, ESA) – 2006(-2012) ●
●
Csak megerősített bolygók (tömeg) 24 bejelentett, több száz jelölt
●
Első szuperföld
●
Magas FP arány
Kepler ●
NASA, 2009-
●
Egyetlen égterület, min. 3,5 évig
●
Föld-analógok statisztikája ●
~150 000 válogatott csillag
●
Egyedi bolygók kevésbé érdekesek
●
●
Bolygójelölt-listák, megerősítés nélkül FP alacsony, 10-30%
Új irányok ●
Több száz ismert exobolygó
●
Nagyságrendi ugrás a fotometriai pontosságban
●
Felfedezés -> karakterizálás
●
Egyedi bolygók részletes karakterizálása ●
Összetétel, légkör
●
Kőzetbolygók, lakhatósági zónába esők keresése
●
Új bolygótípusok – bolygókeletkezési elméletek
●
Statisztikai vizsgálatok
Pontosság javulása
HAT-P-11b – eclipse mapping Csillagfoltok, nagy inklinációjú bolygó
Szuperföldek ●
Földnél nagyobb tömegű/méretű kőzetbolygók
●
Közel a csillaghoz – lávabolygók
●
COROT-7b
●
P = 20.5 óra
●
6-8 MFöld
●
1.55 RFöld
●
5-10 g/cm3
●
1300-1800 K
Szuperföldek ●
Földnél nagyobb tömegű/méretű kőzetbolygók
●
Közel a csillaghoz – lávabolygók
●
Kepler-10b
●
P = 20 óra
●
3.3-5.7 MFöld
●
1.4 RFöld
●
7-11 g/cm3
●
1830 K
Vízbolygók, Neptunuszok ●
Hiányzó példák: Föld – Neptunusz közti bolygók ●
●
●
●
Szuperföldek, mini Neptunuszok, forró Neptunuszok Nagy kőzetbolygók, kis, nagy víztartalmú bolygók (>10 %)
Forró Neptunusz: Kepler-4b – méret, tömeg azonos, sokkal közelebb Vízbolygó: Kepler-22b – felt. kis kőzetmag, vastag folyadék és/vagy gázköpeny
Közöttük csak exobolygók
Kettősök körüli bolygók ●
A. k. a. Tatuinok
●
16 rendszer eddig
●
Kettősök körüli bolygók ●
A. k. a. Tatuinok
●
16 rendszer eddig
●
Kepler-64b: még 2 távoli csillag
Kettősök körüli bolygók ●
Két csillag miatt a besugárzás erősen változik
Kepler-34b és Kepler-35b
Forró Jupiterek magányosak
Kepler többes rendszer(jelöltek), 2012 június Nagyrészt valós – több, független fals pozitív esélye sokkal kisebb TTV több esetben is
Többes rendszerek ●
●
Fedések egyértelműbbek, mint az RV adatok periodicitásai Legtöbb: 7 bolygó: HD 10180 6 bolygó: Kepler-11, HD 40307
Többes rendszerek Több pár is középmozgásrezonanciában, vagy ahhoz közel
Többes rendszerek - Kepler-42 (KOI-961): három bolygó, Föld és Mars közötti - Egész elfér a Jupiter rendszerében - Kepler-20: 3 gáz, 2 kőzet, „rossz“ sorrend, felváltva
Legkisebb ●
KIC 12557548 b
●
Nem látjuk magát a bolygót
●
P=15.7 óra – 4300 K
●
●
●
Felszín párolog, szilikát port ragad magával Optikailag vastag felhő fedései (párolgó gázbolygóké nem az!) ~ 2x Merkúr tömeg – 1-200 millió év alatt eltűnik
Méret-eloszlás 2013 január Sárga: változás 2012 februárhoz képest
Lakhatósági zóna ●
Az a távolság a csillagtól, ahol a bolygó felszínén megfelelő a hőmérséklet a folyékony víz jelenlétéhez -> élet egyik alapfeltétele
●
Légköri üvegházhatás komoly módosító tényező
●
Két meghatározás
●
●
Keskeny – modellszámítások
●
Széles – Vénusz-Föld-Mars
Árapályfűtést nem veszi figyelembe – távoli óriásbolygók holdjai
Lakhatósági zóna ●
●
Kisebb csillagnál közelebb ●
L <30% alatt túl erős árapály-fűtés
●
Kötött keringés – vastag légkör kell
●
Flercsillagok – életre veszélyes
Nagyobb csillagoknál távolabb ●
●
O-B csillagok túl rövid ideig élnek Fotoevaporáció – UV fotonok elpárologtatják a légkört
Lakhatósági zóna ●
Számos gázbolygó – exoholdak esélyesek ●
●
Még nem sikerült megfigyelni
Szuperföldek
L = 0.79 LNap; P = 290 nap; T = 262 K
L = 0.21 LNap; P = 122 és 267 nap
L = 0.81 LNap; P = 242 nap; T = 280-300 K
Légkör megfigyelhetősége ●
●
●
Közvetlen megfigyelés alig elképzelhető Spektroszkópia Transzmisszió: csillag fénye áthalad a légkörön a tranzit alatt
●
Reflexió: bolygóról visszaverődő fény
●
Fedés alatti tiszta csillagspektrumot levonni
Légkör megfigyelhetősége Lapos spektrum, nincsenek molekula-vonalak (víz 7-10 mikron között) Száraz magaslégköri felhők Gyors szelek elviszik a hőt az éjjeli oldalra
Légkör megfigyelhetősége Több műszer: H, He, metán, szén-dioxid, szén-monoxid, vízgőz lehetséges jelei
Légkör megfigyelhetősége Gyors szelek elviszik a hőt az éjjeli oldalra Nem délben van a legmelegebb!
Légkör megfigyelhetősége Lapos spektrum, nincsenek molekula-vonalak (víz 7-10 mikron között) Szilikát porfelhők a légkörben? De...
Légkör megfigyelhetősége HD209458b HST spektrumok Víz, metán, széndioxid Vannak kétségek
Exoholdak ●
Számos megfigyelési mód
●
TTV, mikrolencsézés, tranzit, bolygó Doppler-jele
●
Még nincs pozitív megfigyelés
Simon, Szabó, Kiss, Szatmáry, 2012
Exoholdak ●
Számos megfigyelési mód
●
TTV, mikrolencsézés, tranzit, bolygó Doppler-jele
●
Lehetséges jelöltek (TTV):
Szabó, Szabó, Dálya, Simon, Hodosán & Kiss, 2013
Jövőbeni programok ●
TESS (NASA, 2017)
●
Teljes égbolt feltérképezése, közeli csillagok
●
JWST-hez optimalizálva
Jövőbeni programok ●
Cheops (ESA, 2017)
●
Ismert exobolygók karakterizálása
●
RV bolygók is! Fázisok
