A busca por planetas além do sistema solar

A busca por planetas
além do nosso Sistema Solar

Adriana Válio
Centro de Radioastronomia e Astrofísica
Universidade Presbiteriana Mackenzie

Campus Party – 09/02/2012

Movimento dos Planetas

 Planeta: “errante” em grego, pois se moviam com
relação às estrelas “fixas”;
 Movimento conhecido desde a antiguidade para
cinco planetas: Mercúrio, Vênus, Marte, Júpiter e
Saturno

Planetas na era moderna
 Em 13 de março de 1781, Urano foi o primeiro planeta a ser
descoberto com o auxílio de telescópios por William Herschel.
 Netuno foi observado inicialmente por Galle e d´Arrest, em
1846, exatamente no ponto previsto anteriormente por Adams e
Le Verrier com cálculos baseados nas perturbações observadas
nas posições de Júpiter, Saturno e Urano.
 Finalmente, Plutão foi descoberto em 1930, ao acaso, por Clyde
W. Tombaugh, no laboratório Lowell, no Arizona. Erro na
estimativa de sua massa.

9 planetas!

Classificação

 Até o final do século XX, não havia
problemas com essa classificação.
 Mas com a descoberta de novos corpos
celestes, como Sedna e Eris, que ficam Sedna
além da órbita de Plutão e têm o mesmo
tamanho que este, a classificação passou a
ser questionada.
 Além disso, foram descobertos planetas
extra-solares, ou seja, que orbitam ao redor
de outras estrelas. Isso exigiu uma
reformulação da classificação, a fim de
definir um parâmetro claro.
Eris (UB313)

IAU 2006 - Praga

 Muita discussão entre astrônomos do mundo
inteiro, sendo que vários tipos de classificação
.
foram propostos, resultando numa definição
clara (física) do que é um planeta.

Definição
 Um planeta, conforme definido em 24 de
agosto de 2006 pela União Astronômica
Internacional, é um corpo celeste que
 1. está em órbita ao redor do Sol;
 2. tem forma determinada pelo equilíbrio
hidrostático (esférica) resultante do fato de que
sua força de gravidade supera as forças de
coesão dos materiais que o constituem;
 3. é um objeto de dimensão predominante entre
os objetos que se encontram em órbitas
vizinhas.
 8 planetas no Sistema Solar!
http://www.astro.iag.usp.br/~dinamica/iau-planeta.html

Órbitas do Sistema Solar

Júpiter

Classificação de planeta do
Sistema Solar
 A União Astronômica Internacional (IAU)
decidiu classificar os planetas e outros
objetos celestes do Sistema Solar em três
categorias:
– Planeta (Mercúrio, Vênus, Terra, Marte, Júpiter,
Saturno, Urano, Netuno)
– planeta-anão (Plutão, Sedna, Eris)
– pequenos corpos
 Dessa forma, o Sistema Solar passa a ter oito
planetas clássicos!

Classificação de planeta extrassolar

 Baseada na massa do objeto
De acordo com o WORKING GROUP ON
EXTRASOLAR PLANETS (WGESP) da IAU
 Estrelas: objetos capazes da fusão
termonuclear do hidrogênio (>0,075 Msol)
 Anã Marrom: capaz da fusão termonuclear do
deutério (0,013<M<0,075 Msol)
 Planetas: objetos cujas massas estão abaixo
do limite de fusão do deutério (M<13 MJup)
que orbitam estrelas ou restos estelares
(independente da maneira como foram
formados).

Planetas em torno
de outros sóis

Planetas ao redor de um pulsar
 Primeiros planetas descobertos em 1992 – por
Wolszczan e Frail
 Planetas do tipo terrestres em torno de estrelas
evoluídas – pulsar
Variações no
tempo de chegada
dos pulsos detec-
tados do pulsar
3 planetas
detectados

 1995 – Mayor & Queloz descobrem o primeiro
planeta em torno de uma estrela “normal” – 51
Peg (a 14,7 pc).
 Mpsini = 0,468 MJ, P = 4,2 dias, a = 0,052 U.A.

Detecção de Planetas Extra-Solares
 The Extrasolar Planets Encyclopaedia
(http://exoplanet.eu/catalog.php)
 Até 08/02/2012: 758 planetas

 Efeitos dinâmicos na estrela:
– Velocidade Radial (697)
– Tempo de chegada de sinal periódico (16)
– Astrometria (1)
 Lente Gravitacional (14)
 Efeitos fotométricos:
– Trânsitos (229)
– Detecção direta (31)

Lei da Gravitação Universal

 Newton: GM *m plan
F 2
r
 O planeta também exerce uma atração
gravitacional na estrela.
 Ambos giram em torno do centro de massa do
sistema.
 O movimento da estrela será maior quanto maior
a massa do planeta ou menor a distância entre o
planeta e a estrela (ex: Júpiters quentes)

Luz da estrela

 vr

 Obs. Efeito Doppler da luz da estrela;  c
 Necessária grande precisão espectros-cópica (m/s)
 Maioria dos planetas (92%)

K

Determina-se o  2G 
1/ 3
M p sen i 1
limite inferior para a K   
 P  (M *  M p )2 / 3 1  e2
massa do planeta:

Sistemas múltiplos
 Upsi Andromeda
 Sistema com 3 planetas
 Descobertos por ordem de
proximidade da estrela ao
longo dos anos, devido às
perturbações nas medidas
de velocidade radial

Astrometria
 Vale para os casos em que a
órbita planetária está no
plano do céu, e estrelas
próximas.
 Estrela e planeta orbitam em
torno do centro de massa do
sistema (quanto maior a
massa do planeta, maior o
movimento da estrela).
 Medidas muito precisas da
posição da estrela são
necessárias.

Lente Gravitacional
 A luz de um objeto distante é curvada devido à
gravidade de um objeto situado na linha de visão
entre nós e o objeto.

Lente gravitacional

 Objetos massivos no disco ou bojo da nossa
galáxia podem agir como lentes gravitacionais.
 A luz de uma estrela no bojo da galáxia é
amplificada.
 Um planeta em torno
(1 a 5 U.A.) de uma
estrela distante (até 1
kpc) pode ser
detectado como um
segundo pico de
amplificação.
 Até 0,1 MTerra.

Planeta Detectado

 Determinação da massa e separação estrela/planeta
 Jan 2006: OGLE-2005-BLG-390Lb
 Dist. Orbital=2,9 U.A. e Massa=5,5 MTerra
 14 planetas detectados (2%)
 Irreproduzível

Porto de Melo et al., Astrobiology, 2006

Detecção direta

Brilho do planeta um bilhão de vezes
menor do que o da estrela (como Sol);
 Obs. estrelas menos brilhantes:
– estrelas jovens
– anãs marrons
– obs. no infravermelho (razão de brilho de
um milhão)

GQ Lup – estrela jovem

 Detecção de uma
companheira 250 vezes
mais fraca a 100 U.A.
(Neuhäuser et al);
 GQ Lup é uma T Tauri;
 Massa de algumas MJ ;
 Very Large Telescope;
 31/03/2005

2M1207b – Anã marron

 Planeta em órbita de
uma anã marrom (25
MJup)
 Massa = 4 MJup
 Semi-eixo = 55 UA
 Obs: VLT/NaCo,
imagem no infra-
vermelho próximo
usando óptica-
adaptativa no
telescópio

Detecção direta

 Detecção direta no
infravermelho da emissão
térmica dos planetas:
 HD 209458 b (Deming
et al, Nature)
 TrES-1 (Charbonneau
et al, ApJ Let.)
 Spitzer Space Telescope
 22/03/2005

Trânsito de Mercúrio e Vênus
 Trânsito de Vênus em
08/06/2006.

 Trânsito de Mercúrio em 15/11/1999 e
07/05/2003 com uma hora de duração.

HD209458
 Massa: 0,685 MJup
 Período: 3,5 dias
 Órbita: 0,045 U.A.
 Duração do trânsito:
2,5 h
 Decréscimo do
brilho: 1,8%
 421 artigos

Em 2000, detecção do primeiro trânsito.
Confirmação da variação da velocidade radial como
realmente causada por um planeta orbitando em
torno da estrela.

Kepler 9b e 9c
 1º sistema planetário com trânsitos

Planeta Massa Raio Período Distância
(MJup) (Rjup) (dias) (U.A.)
Kepler-9a 0,022 ? 0,147 1,59 0,0273
Kepler-9b 0,252 0,842 19,2 0,14
Kepler-9c 0,171 0,823 38,9 0,225

Planetas descobertos por trânsitos

 Órbitas praticamente perpendiculares ao plano
do céu (i=90o).
 Para uma estrela como o Sol, o trânsito de um
planeta causa uma diminuição no brilho de:
– 1 % para Júpiter
– 0,01% para Terra
 Telescópios no solo conseguem detectar apenas
planetas grandes, para planetas telúricos é
necessário observar com satélites.
 229 planetas confirmados por trânsito (30%).

Propriedades físicas dos planetas

Velocidade Radial: Trânsito:
 Massa  Raio
 Período orbital  Período orbital
 Excentricidade  Ângulo de inclinação da
órbita
 Semi eixo maior da
órbita (pela 3a. Lei
de Kepler)
Massa + raio:
 Densidade: permite conhecer a composção do
planeta (gasoso ou rochoso)

A busca no espaço
por planetas extra-solares

Satélites
 CoRoT (França – Europa - Brasil)
Busca de trânsitos planetários
lançamento 27 dezembro 2006
 KEPLER (NASA)
Busca de trânsitos planetários (visível
e infravermelho)
lançamento 6 março 2009
 Gaia (ESA)
Astrometria, trânsitos
lançamento: 2014
 Darwin (ESA)
Imageamento IV + espectroscopia de
planetas terrestres
projeto

Corot

 24 planetas descobertos até
hoje
 Vantagem: observação
contínua durante 150 dias –
vários trânsitos
 CoRoT-7 é um planeta com
massa 2,3 a 8,5 vezes a
massa da Terra
Satélite CoRoT

CoRoT 7
 Super-Terra: 1,75 - 2 RTerra
 Massa: 2,3-8,5 MTerra
 Densidade: 5 g/cm3 = rocha
 Período: 0,85 dias = 20 h
 semi-eixo: 0,017 UA

CoRoT-7b e CoRoT-7c

 Dois planetas com massas de 5 e 9 Mterra
 Períodos de 0,85 e 3,7 dias
 O planeta CoRoT-7b está tão próximo à estrela,
que tem sempre o mesmo lado virado para esta
– Temperatura de 2300o C,
– atmosfera com componentes de rocha na forma gasosa
– Superfície coberta por lava ou oceanos fervendo.

Descobertas - Kepler

 A missão Kepler da NASA ja confirmou 30 sistema
planetários com 61 planetas.
 Candidatos a planetas: 2326
 Os planetas orbitam bem próximos a suas estrelas
hospederias (mais do que Vênus está do Sol)
 Seus raios variam desde 1,5 o raio da Terra até
maiores do que Júpiter
– nos casos onde a massa do planeta é conhecida obtém-se a
densidade média do planeta: rochoso, líquido ou gasoso.
 Os períodos orbitais variam de 6 a 143 dias.

Vida?

 A maioria dos planetas
são “Júpiters quentes”:
gigantes gasosos muito
próximos da estrela.
 Fora da zona de
habitabilidade (região
onde pode existir água
líquida).
 Mas podem pertencer a
um sistema planetário,
com planetas terrestres
na distância certa.

Catálogo de planetas habitáveis

1600 planetas conhecidos ate dezembro de 2011

Melhores candidatos para vida

•Exoplanetas com valores >0,8 podem ser considerados planetas como
a Terra, os outros podem abrigar vida microbial.
• HD 85512 b, Gliese 581 d e Kepler-22 b possuem atmosferas densas
de nuvens de água.

Gliese 581

 Sistema triplo.
 20,5 anos luz
 1/3 massa do Sol
 Luminosidade = Lsol/50

Gliese 581c
15 Mt; P = 5,4 dias

 HARPS (High Accuracy Radial
Velocity for Planetary Searcher)
– ESO 3,6 m - Chile
 Massa = 5 MTerra 5 Mt; P = 13 dias
 Raio = 1,5 RTerra
 Período = 13 dias
 Rochoso
 Órbita = 0,071 U.A. 8 Mt; P = 84 dias

Dentro da Zona Habitável
Temperatura: -3 a 40 oC

ÁGUA LÍQUIDA

Enciclopédia dos Planetas Extra-solares:
http://exoplanet.eu
Catálogo de Planetas Habitáveis:
http://phl.upr.edu/projects/habitable-exoplanets-catalog

Fim
e-mail: avalio@craam.mackenzie.br
adrivalio@gmail.com
Homepage: www.craam.mackenzie.br/~valio

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