Planetas Extrasolares. Juan José Blanco Avalos

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Planetas Extrasolares 1

Planetas Extrasolares

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Lo que vamos a ver

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¿Qué es un planeta extrasolar?

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Los planetas que conocemos

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Métodos de observación

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Planetas descubiertos

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Definición de planeta I

1) Un planeta es un cuerpo celeste que (a) está en órbita alrededor del Sol, (b) tiene suficiente masa para que su gravedad le convierta en un cuerpo rígido estando en

equilibrio hidrostático, es decir, es aproximadamente esférico, y (c) ha limpiado de otros objetos el trayecto de su órbita.

2) Un planeta enano es un cuerpo celeste que (a) está en órbita alrededor del Sol, (b) tiene suficiente masa para que su gravedad le convierta en un cuerpo rígido estando en equilibrio hidrostático, es decir, es aproximadamente esférico, (c) NO ha limpiado de otros objetos el trayecto de su órbita, y (d) no es un satélite.

3) El resto de los objetos que no son satélites se denominan colectivamente como cuerpos menores del sistema solar

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Formación de estrellas

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Sistema solar -Gigantes

Gaseosos-Formación de estrellas

Las estrellas se forman en nubes de gas y polvo (hidrógeno molecular y polvo en el caso de la fotografía)

Nebulosa del Águila

Las nuevas estrellas se están

formando dentro de estructuras de forma de dedo.

Por supuesto nacen de EGGs (Evaporating Gaseous Globules)

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Cep OB 3b es un cúmulo joven localizado en el norte de la constelación de Cefeo. Esta imagen ha sido creada combinando diferentes imágenes a diferentes longitudes de onda del

telescopio de 0.9 metros en Kitt Peak: azul, visiblel (cyan), infrarojo cercano (naranja) and una línea de emisión del

hidrógeno(rojo).

La estrella amarilla del centro más brillante esta entre

nosotros el joven cúmulo Las otras estrellas brillantes y masivas son estrellas del cúmulo que están calentando el gas y el polvo de la nube y creando cavidades. Alrededor de estas estrellas jóvenes ha y miles de estrellas jóvenes más pequeñas que pueden estar formando sistemas planetarios. Credit: T.A. Rector (University of Alaska Anchorage), T. Allen (University of Toledo) and WIYN/NOAO/AURA/NSF

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Nacimiento y muerte de una estrella

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Planetas extrasolares 14

Astronomía X: Estrellas jóvenes

Dos sistemas jóvenes formados hace 10 millones de años. Los picos r, i y f son característicos del neon que ha perdido casi todos sus electrones. El tamaño relativo de los picos indica que en TW Hydrae

todavía persiste un proceso importante de acrección hacia la estrella. Los rayos X son producidos cuando el plasma es guiado por el campo magnético hacia la estrella. Sin embargo el espectro del sistema binario HD 98800A indica una emisión típica de una corona caliente como en el caso del Sol.

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Formación de sistemas planetarios

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Formación de sistemas planetarios

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Planetas Extrasolares 18 ● Centros de

acrección/inestabilidades gravitacionales

● Gravitación → Fuerza central ● Velocidad inicial + fuerza central

→ sistemas rotantes

● Conservación del momento

angular

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Nuestro sistema solar no es

especial

●

Existen miles de millones de estrellas

semejantes al Sol dentro de la secuencia

principal.

●

El origen de un sistema planetario debe ser

similar bajo condiciones semejantes en

cualquier punto del Universo.

●

Cualquier estrella o remanente de estrella es

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Problemas:

1- Los planetas no tienen luz propia

2- Son pequeños comparados con sus estrellas

3- Sus efectos sobre lo que podemos observar

de la estrella son pequeños.

En definitiva:

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Definición de planeta

Fuente: Grupo de trabajo sobre planetas extrasolares de la Unión Astronómica Internacional 1- Son objetos cuya masa es inferior a la necesaria para la producción de energía

termonuclear de fusión del deuterio (hasta 13 masas de Júpiter) y que órbita en torno a una estrella o remanente estelar. El tamaño mínimo para considerarlo planeta es el aplicado al sistema solar.

2- Cuerpos subestelares con masa superior a a la necesaria para la producción de energía termonuclear de fusión del deuterio es una enana marrón, no importa como se ha originado ni donde se encuentra localizado.

3- Objetos libres en cúmulos de estrellas jóvenes y con masa menor a la necesaria para la producción de energía termonuclear de fusión del deuterio no son planetas sino sub-enanas marrones.

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La breve historia de la búsqueda de planetas

extrasolares

1992 -> Aleksander Wolszczan descubre tres objetos sub-estelares de baja masa orbitando el púlsar PSR 1257+12.

1995 -> Michel Mayor y Didier Queloz, del grupo suizo, el 6 de octubre de 1995. La estrella principal era 51 Pegasi (estrella tipo solar) y se dio en llamar al planeta 51

Pegasi b. Se trata de un planeta de masa similar a Júpiter y que orbita a una distancia menor que Mercurio del Sol.

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Pegasi 51 b:

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Métodos para cazar planetas

Indirectos:

1- Velocidades radiales de las estrellas 2- Astrometría

3- Tránsitos

4- Microlentes gravitacionales

Directos:

1- Imágenes directas

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1- Velocidades radiales de las estrellas

Este método se basa en el efecto Doppler. El planeta, al orbitar la estrella central, ejerce también una fuerza gravitacional sobre ésta de manera que la estrella gira sobre el centro de masa común del sistema. Las oscilaciones de la estrella pueden detectarse mediante leves cambios en las

líneas espectrales según la estrella se acerca a nosotros (corrimiento hacia el azul) o se aleja (corrimiento al rojo). Este método es el que permitió descubrir a Pegasi 51 y ha sido el que

mejores resultados a producido. El problema es que solo es eficaz si el planeta tiene un tamaño relativo suficiente y/o se encuentra lo suficientemente cerca para producir cambios observables en la velocidad radial de la estrella.

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El planeta que gira alrededor de Tau Bootes

Masa 4,41 masas de Jupiter Radio de la órbita 0,041 AU Periodo de la órbita 3,3 Days Temperatura superficial 1900°C Excentricidad de la órbita 0,0

La estrella es de tipo solar pero algo más caliente y grande

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2- Astrometría

Dado que la estrella gira sobre el centro

de masa se puede intentar registrar las

variaciones de posición y el oscilar de la

estrella. A pesar de que estas

variaciones son muy pequeñas, la

astrometría permitió encontrar un

planeta extrasolar en 2009, denominado

VB 10b. Este sistena se encuentra a 19

años luz

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VB 10b es un gigante gaseoso de unas 5 masas jovianas y que orbita a

una distancia similar a Mercurio.

Su estrella es una enana roja, mucho más pequeña y fría que el Sol y se

considera que es un Júpiter frío

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3- Tránsitos

Consiste en

observar

fotométricamente la

estrella y detectar

sutiles cambios en

la intensidad de su

luz cuando un

planeta orbita por

delante de ella.

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El método de tránsito, junto con el de la velocidad radial, pueden utilizarse para caracterizar mejor la atmósfera de un planeta, como en los casos de HD209458b y los planetas OGLE-TR-40 y OGLE-TR-10. Este método, al igual que el de la velocidad radial, encuentra de forma más eficiente planetas de gran volumen, pero tiene la ventaja de que la cercanía del planeta a la estrella no es relevante, por lo que el espectro de planetas que puede detectar aumenta considerablemente. Los avances tecnológicos en Fotometría han permitido que la sonda Kepler, lanzada en 2009, tenga sensibilidad suficiente como para detectar planetas del tamaño de la tierra, hecho que se espera que suceda al término de su misión, a finales de 2012.

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Como se captura el

espectro de un Júpiter

caliente.

Se toman dos

espectros. Uno de

estrella más planeta y

otro de estrella sola.

Luego se restan y se

obtiene el espectro del

planeta.

Credit:

NASA/JPL-Caltech

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4- Microlentes gravitacionales

El efecto de lente

gravitacional ocurre cuando los campos de gravedad del planeta y la estrella actúan para aumentar o focalizar la luz de una estrella distante. Para que el método funcione, los tres objetos tienen que estar casi perfectamente alineados. El principal

defecto de este método es que las posibles detecciones no son repetibles por lo que el planeta así descubierto debería ser estudiado

adicionalmente por alguno de los métodos anteriores.

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Este planeta fue localizado alrededor de una enana roja a una distancia de 2,8 UA. Su masa de 5 masas terrestre lo convierte en el planeta menor detectado hasta la fecha. El recuadro de la

izquierda es la magnitud aparente de la estrella durante los 4 años previos.

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1- Imágenes directas

Desde el principio, obtener imágenes/fotografías de los planetas extrasolares ha sido uno de los objetivos más deseados de la investigación exoplanetaria.

2M1207b es un joven planeta de gran masa (4 masas jovianas) orbitado a 55 UA de la estrella 2M1207. Este planeta está a unos 2500 Kelvin de temperatura, debido a su reciente formación,

calculada en aproximadamente 10 millones de años.

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Imagen del descubrimiento del sistema de GJ 758, tomadas con HiCIAO en el telescopio Subaru en el infrarrojo cercano.

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Imagen coronógrafica de AB Pictoris que muestra a su pequeño compañero (inferior izquierda). Los datos fueron obtenidos el 16 de marzo de 2003 con NACO en el VLT, utilizando una máscara de ocultación 1,4 arcosegundos encima de AB Pictoris.

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Efectos de cuerpos planetarios en nubes de polvo en

regiones de formación de estrellas

En estrellas jóvenes con discos circumestelares de polvo a su

alrededor es posible detectar irregularidades en la distribución de

material en el disco circumestelar ocasionadas por la interacción

gravitatoria con un planeta. De este modo ha sido posible inferir la

presencia de 3 planetas orbitando la estrella Beta pictoris y de

otro planeta orbitando la estrella Fomalhaut (HD 216956). En

estrellas aún más jóvenes la presencia de un planeta gigante en

formación sería detectable a partir del hueco de material gaseoso

que dejaría en el disco de acrección.

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El anillo de polvo alrededor de la estrella señala el camino de un planeta que gira a su alrededor. Las huellas del planeta son

observadas gracias al efecto de su campo gravitatorio.

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Detectados hasta la fecha

El método de descubrimiento

se indica con los diferentes

colores: velocidad radial (azul)

Tránsitos (verde)

Pulsar timing (púrpura)

Imagen directa (rojo)

microlente (naranja)

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Detectados hasta la fecha

Masa frente a semieje

mayor orbital

Planetas descubiertos

hasta 2014-01-02,

El método de

descubrimiento se

indica con los

diferentes colores:

velocidad radial (azul)

Tránsitos (verde)

Pulsar timing (púrpura)

Imagen directa (rojo)

microlente (naranja)

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Gliese 581 c

Una masa de 1,5 veces la Tierra, gira alrededor de una enana roja 3n 11 días y esta 14 veces más cerca de su estrella que la Tierra. Se cree que puede

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Sistemas planetarios: Sistema Kepler 11 Estrella tipo solar

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Kepler

● Objetivo: Búsqueda de planetas (plantas tipo

Tierra)

● Más de 400 planetas

(http://kepler.nasa.gov/Mission/discoveries/)

● 2009-2016 ● Fotometría

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COROT

Sismología solar Búsqueda de exoplanetas Tránsitos planetarios Diciembre 2006 http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/COROT