Pozasłoneczne układy planetarne

Paweł Misiuna, IV rok nanotechnologii

"Istnieje nieskończona liczba światów podobnych i niepodobnych do naszego."(Epikur, 341-270 p.n.e.)

"Nie może istnieć więcej światów jak jeden."(Arystoteles, 384-322 p.n.e.)

Setki milionów/miliardów galaktyk, w każdej ~ gwiazd.1110

Aleksander Wolszczan

Używając radioteleskopu w Arecibo (Puerto Rico) odkrył w 1990r. 3 pierwsze planety, krążące wokół pulsara PSR B1257+12 w konstelacji Panny. Rezultat opublikowany w 1992r.

Układ PSR B1257+12

Pulsar odległy od Ziemi o ok. 980 lat świetlnych.

6101~

Towarzysz Masa (MJ) Okres obiegu (dni)Półoś wielka

(j.a.)

b 25,262 ± 0,003 0,19

c 0,01366,5419 ± 0,0001 0,36

d 0,012 ± 0,0006

98,2114±0,00020,46

e ~1300 ~2,6

5107

Temperatury: 266K, 193K, 169K, 70K

Gwiazda neutronowa, masa zbliżona do Słońca, 160 obrotów na sekundę.

Jeżeli planety obiegają tak egzotyczne ciała, jak pulsary, to dlaczego nie mogłyby obiegać gwiazd podobnych do Słońca.

Oczekuje się istnienia pozasłonecznych systemów planetarnych krążących wokół gwiazd pojedynczych niż

wokół gwiazd podwójnych.

Jednakże to gwiazdy podwójne i systemy wielokrotne stanowią połowę gwiazd naszej galaktyki.

Do 30 kwietnia 2009r. potwierdzono istnienie 347 planet pozasłonecznych w 294 układach planetarnych (w tym w 37

wielokrotnych, z więcej niż jedną planetą).

Detekcja

• Bezpośredniej obserwacji;

• Przejściu planety przed tarczą gwiazdy (TEP);

• Dynamicznej perturbacji (wykorzystuje efekt Dopplera);

• Mikrosoczewkowaniu grawitacyjnemu;

Planety w pozasłonecznych systemach, świecąc światłem odbitym od swojej gwiazdy są miliardy razy bledsze od nich. Tego typu detekcja planet jest niezwykle wymagająca i trudna w zrealizowaniu. Dlatego stworzone zostały inne techniki o wysokiej precyzji. Metody detekcji oparte są na:

Bezpośrednia obserwacja

Tego typu rejestracja planety jest możliwa w niektórych szczególnych przypadkach.

Masywne, młode globy emitują duże ilości promieniowania podczerwonego, a jeśli znajdują się one odpowiednio daleko od macierzystych gwiazd, można zarejestrować ich światło.

Pozostaje wtedy tylko udowodnić, że została odkryta planeta, a nie brązowy karzeł.

Z pięciu zaobserwowanych tą metodą obiektów na pewno jeden okazał się planetą (2M1207b)

2M1207b

Pierwsza planeta pozasłoneczna, którą udało się sfotografować.

Fotografia powstała poprzez złożenie trzech zdjęć wykonanych w zakresie bliskim podczerwieni za pomocą spektrografu NACO.

Okresowa Fotometria (TEP)Transits of Extrasolar Planets.

Światło gwiazdy jest osłabione przez przejście orbitującej planety. Zjawisko to powtarza się z okresem równym okresowi obiegu planety wokół gwiazdy. Najbardziej obiecująca i efektywna metoda odkrywania planet, których wielkość jest porównywalna z Jowiszem.

Utrata jasności gwiazdy w momencie przejścia planety przed tarczą gwiazdy jest rzędu 0,01-1%, w zależności od rozmiarów gwiazdy i planety. Z kolei czas przejścia służy do wyznaczenia odległości od gwiazdy.

Technika ta daje możliwość wyznaczenia nie tylko masy, ale i promienia, a zatem gęstości planety.

Przejście planety przed tarczą gwiazdy. Kolejne etapy przejścia wraz z obserwowaną zmianą jasności gwiazdy.

HD209458

Dynamiczna Perturbacja Gwiazdy

Duża masa planety oraz bliskość do gwiazdy macierzystej sprzyja skutecznemu zastosowaniu tej metody poszukiwania planet pozasłonecznych. Gwiazda wraz ze swoją planetą (lub planetami) tworzy układ mas wzajemnie na siebie oddziałujących. Oba ciała (lub większa ich ilość) obiegają wspólny środek masy układu.

Gwiazda nie tylko kręci się wokół własnej osi, ale również przemieszcza się w przestrzeni, raz zbliżając się do Ziemi, raz od niej oddalając. Taka wędrówka powoduje, iż linie widmowe badanej gwiazdy raz przesuwają się w stronę fioletu, a raz w stronę czerwieni, co znane jest jako efekt Dopplera

Przesunięcie linii widmowych gwiazdy wraz z obiegającą ją planetą w dwóch przypadkach: gwiazdy oddalającej się (większe długości fali) oraz przybliżającej się do obserwatora (mniejsze długości fali). Na podstawie tych ruchów można wywnioskować o względnych masach obu obiektów.

Mikrosoczewkowanie grawitacyjne

Szczególny przypadek soczewkowania grawitacyjnego, w którym nie można rozdzielić wielokrotnych obrazów.

Najciekawsza technika odkrywania planet pozasłonecznych. Zjawisko to polega na ugięciu światła odległych gwiazd, gdy na ich tle przesuwa się planeta, co prowadzi do chwilowego pojaśnienia blasku.

Za soczewkowanie odpowiedzialne są gwiazdy oraz mniejsze zwarte obiekty, znajdujące się zwykle w około połowie drogi.

W 2005r. zespół OGLE doniósł o odkryciu w ten sposób planety typu ziemskiego (OGLE-2005-BLG-390Lb). Obecnie żadna inna metoda nie pozwala znajdować światów tak małych.

Do krzywej zmian blasku dopasowuje się model, dzięki czemu uzyskać można część interesujących parametrów.

Największy układ planetarnyW układzie planetarnym wokół gwiazdy 55 Cancri A (żółty karzeł, wraz z czerwonym karłem tworzą gwiazdę podwójną) w gwiazdozbiorze Raka istnieje odkrytych 5 planet.System oddalony od Ziemi o 41 lat świetlnych.Zewnętrzna planeta to gazowy olbrzym.Oczekuje się istnienia planety wielkości Ziemi w dużej przerwie.

Dziękuję za uwagę.