Radial Velocity Planets

Presentatie over: "Radial Velocity Planets"— Transcript van de presentatie:

1 Radial Velocity Planets
Gijs Mulders Universiteit van Amsterdam vragen? -> stellen NL: radiele snelheid, RV van exoplaneten: waarom belangrijk begin met analogie, HOVO

2 HOVO waarom beweegt die man? auto weg -> natuurlijk, dochtertje
achterkomen zonder direct HOVO

3 Beweging ster aan de hemel
Zwaartepunt M m aster aplaneet a Waarom radiele snelheden? Hoe planeet vinden? Ziet immers beweging ster -> analogie. draaien om elkaar heen kracht * arm = constant a=a_planeet HOVO

4 Zwaartepunt Zonnestelsel
m = 6*1024 kg M = 2*1030 kg a = 150 *106 km aster = m/M a = 450 km m = 2*1027 kg M = 2*1030 kg a = 780 *106 km aster = 780*103 km Rster = 690*103 km HOVO

5 Baan Periode Newton’s versie van Kepler’s derde wet M m a
Zwaartepunt M m a Kepler: P^2=a^3 twee vgl -> genoeg om massa te bepalen beweging ster vertelt over planeet! ----- Meeting Notes (3/7/12 12:50) ----- hoe ziet beweging ster eruit? Twee massa’s bewegen om elkaar, de periode P is dan: HOVO

6 aster Beweging aan de hemel HOVO
projectie cirkel langs een as is sinus grootte, periode HOVO

7  aster D Beweging aan de hemel HOVO
projectie cirkel langs een as is sinus grootte, periode beweging aan hemel, nooit gemeten HOVO

8 Beweging aan de hemel v(t) aster D v=dx/dt or v=x/t= 2 pi a/P HOVO

9 Snelheden in Zonnestelsel
aster = 450 km P = 1 jaar vster = 2π aster / P = 0.09 m/s 50 km/h, bebouwde kom aster = 780 *103 km P = 11.8 jaar vster = 13.1 m/s vster = 50 km/h HOVO

10 Hoe meet je de snelheid van een ster?
HOVO

11 Het Doppler effect Bewegen naar waarnemer toe: Golven komen sneller achter elkaar -> hogere frequentie Bewegen van waarnemer af: Golven komen later achter elkaar -> lagere frequentie. HOVO

12 Het Doppler effect Licht rood Toon laag Licht blauw Toon hoog
Een animatie zegt meer dan duizend woorden BB: naar je toe, van je af: radieel loodrecht: geen effect Meet radiele snelheden! Zelfde kleur Zelfde Toonhoogte HOVO

13 Doppler Methode HOVO op zijn kant
planeet beweegt heen en weer, op en neer beweging te klein, snelheid te meten (animatie stilzetten) HOVO 13

14 Ster en planeet draaien om elkaar heen
Korte samenvatting Ster en planeet draaien om elkaar heen Snelheid en periode ster = massa en baan planeet Radiele snelheid ster te meten met dopplereffect Vragen? Next: meten snelheid ster. HOVO 14

15 I l Spektraallijnen HOVO
Lines are 30 km/s wide, need to measure m/s velocities (sun also 30 km/s) niet kleur, maar lijnen waarom moeilijk? > brede lijnen dipje, snelheid meten door lijnverschuiving probleem: rotatie verschuiving brede lijnen moeilijk (vinger) factor 10000! HOVO l

16 Waarom dopplermethode moeilijk is
Lijnen verbreden door ster+telescoop Lijnen verschuiven door telescoopbeweging Oplossing Calibratie met Jodium cel Veel lijnen tegelijk goed calibreren (1/ ), telescoop vervormd spectra. gas niet in ster voorkomt, veel lijnen. golflengte bekend hoeveelheid gas precies afstellen HOVO

17 Duizenden lijnen nodig!
----- Meeting Notes (3/5/12 16:36) ----- duizenden lijnen, atomen in atmsofeer goed te modelleren hoeveel verschoven? (factor ) HOVO

18 The HARPS iodine cell HOVO
HARPS: High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher Actually Thorium lamp with fiber. HOVO

19 HOVO boven: model jodium+waarneming (convolved)
elk piekje=verbrede lijn (welke lijnen recht en welke niet) (5568/0.058= ) onder: golflengte schaal rechtgetrokken HOVO

20 boven: stermodel waagenomen
onder: verschoven stermodel HOVO

21 HOVO ----- Meeting Notes (3/5/12 16:36) -----
gecalibreerd+verschoven+verbreed=goede fit In een waarneming: Calibratie+meting HOVO

22 HOVO foutmarge (model-waarneming) = 1%
brede lijnen, kleine verschuivingen calib: RV HOVO

23 1995: 51 Pegasus zolang je weet welke pieken bij ster+calib horen: RV HOVO 23

24 Radiële snelheids variaties 51 Peg
elk puntje is spectrum HOVO

25 1995: ontdekking eerste exo-planeet
Het is een logische stap om na te denken over leven buiten het zonnestelsel. Zoals we gezien hebben denken we dat het bestaan van planeten een pre (nodig is?) voor leven. De vraag is dus: zijn er elders ook planeten? In 1995, na een decennia lange zoektocht werd de eerste planeet gevonden rond een andere ster, 51 Pegasi, door de zwitsers Michel Mayor en Diedier Queloz. D=50 pc; G2 ster; Mp = 0.45 Mj met een omloopstijd van 4.23 dagen op een afstand van AU. Mocht deze gasreus maantjes hebben, dan is het er te warm voor water. ----- Meeting Notes (3/5/12 16:36) ----- magnitude 5.5 1995: ontdekking eerste exo-planeet HOVO 25

26 haverwege alpha en beta
Magnitude 5.5 HOVO 26

27 Michel Mayor & Didier Queloz, 6 oktober 1995
geen nobelprijs voor sterrenkunde eerste exoplaneet ontdekt (baanbrekend) duurde lang voor ze gellofd werden (HJ) Michel Mayor & Didier Queloz, 6 oktober 1995 HOVO

28 Just one planet (so far) around 51 Peg
Get mass! That easy Measure K wat leer je ervan? (Carsten: easy -> inclinatie) a=0.05 AU Measure P HOVO

29 G2 ster. Planeetmassa > 0.45 Mjupiter. Periode 4.23d a=0.0512 AE
D=50 pc; G2 ster; Mp = 0.45 Mj met een omloopstijd van 4.23 dagen op een afstand van AU. Mocht deze gasreus maantjes hebben, dan is het er te warm voor water. G2 ster. Planeetmassa > 0.45 Mjupiter. Periode 4.23d a= AE HOVO 29

30 rots verdampen HOVO 30

31 Een gecompliceerd voorbeeld: u Andromeda
naast pegasus, mag 4.5 also M31 (andromeda galaxy) HOVO

32 HOVO

33 Two planet solution? mwah HOVO

34 3 planet solution! HOVO 3 planeten voor goede fit.
3-4 yr yr paar dagen HOVO

35 Upsilon Andromedae HOVO Jup buiten beeld lijkt totaal niet op SS
0.7, 2 , 4, Mjup HOVO

36 Vergelijking met zonnestelsel
ecc baan, maakt andere planeten moeilijk HOVO

37 Upsilon Andromedae +10 year orbit? 1 Mjup HOVO 37

38 55 Cancri Tell the story of Marcy and Butler, how they were looking for Jupiters in Jupiter-like orbits ----- Meeting Notes (3/5/12 16:36) ----- 51 Peg discovered: look for noisiest planet -> found immediately. ----- Meeting Notes (3/7/12 12:50) ----- sterrenbeeld kreeft, mag 6 HOVO

39 55 Cancri: 3 planeten? Fischer, Marcy et al. (2007)
Jup, but also close in: 4x! 3: 0.8, 0.2, 4 Mjup 0.11,0.24, 0.78 AU Fischer, Marcy et al. (2007) HOVO Fischer, Marcy et al. (2007)

40 55 Cancri: 5 planeten! e b c f d e: M = 8 Mearth P=18 uur
e: 8 earth masses, P=18 uur, AU f: 0.16 Mjup, 0.78 AU e b c f d e: M = 8 Mearth P=18 uur f: M = 12 Mearth P=260 dagen

41 Statistiek gebaseerd op Doppler methode
Lijken exoplaneten op ons zonnestelsel? detectie-bias zwaar&dichtbij eerst: vertekend beeld HOVO

42 The first 178 Planets HOVO Talk abut hot Jupiters -
allemaal dichtbij & zwaar: HJ grootste verrassing van RV. (ongeloof) is zonnestelsel uniek? HOVO

43 veel Jup, steeds meer kleine
HOVO

44 steeds kleinere planeten
HOVO

45 Lichtste exoplaneet tot nu toe:
Gliese 581e Lichtste exoplaneet tot nu toe: twee aardmassa's 4e Gymnasium, Amsterdam

46 Gliese 581 b,c,d: 16, 5, 8 aardmassa’s: Superaardes
Ruimte voor planeet in bewoonbare zone? 4e Gymnasium, Amsterdam

47 Gliese 581 g: Superaarde in bewoonbare zone?
Controversieel: 3 aardmassa's 4e Gymnasium, Amsterdam

48 Topje van de ijsberg? HOVO Vind eerst en veel zware planeten
Jup makkelijker waar te nemen (begin) HOVO

49 15 jaar doppler-methode:
Terra incognita Not much over deuterium burning limit Veel planeten zwaarder dan Jupiter 4e Gymnasium, Amsterdam

50 HOVO Nieuwe survey: Harps: meest gevoelige enkele aardmassa's
Vast aantal sterren, lang en goed kijken -> meer dan Jup!) HOVO

51 Welke planeten worden gevormd?
4e Gymnasium, Amsterdam

52 Klopt dit met ons zonnestelsel?
Super-aardes? Uranus Neptune Saturnus Jupiter 4e Gymnasium, Amsterdam

53 Klopt dit met exoplaneten?
waargenomen 4e Gymnasium, Amsterdam

54 Rond 70-80% van de sterren ----- Meeting Notes (3/7/12 16:16) -----
Toekomstmuziek

55 15 jaar doppler-methode:
Mercurius Terra incognita Nieuwe klasse: ‘hete Jupiters’ 4e Gymnasium, Amsterdam

56 HOVO HJ+buitenplaneten this is SS again! (HJ minderheid) Superaardes:
30 days, still compact HOVO

57 Migrerende planeten HOVO

58 HOVO geen zware HJs mass loss migration (not for heavy)
formation (small Hill sphere) bias HOVO

59 Earth’s orbit compared to several extrasolar planetary orbits.
----- Meeting Notes (3/5/12 16:36) ----- eccentriciteit (niet allemaal) Earth’s orbit compared to several extrasolar planetary orbits. HOVO

60 Ster HOVO gigantische verschillen met SS! HJ's wel rond
(getijdenkrachten sterker dicht bij ster) ----- Meeting Notes (3/7/12 12:50) ----- getijdenkrachten of migratie HOVO

61 HOVO meer planeten met hoge metalliciteit (zwaarder dan Helium)
- accretie - meer gevormd (core accr) - snellere migratie ?? HOVO

62 Systemen met meer dan een planeet
Resonanties belangrijk? 2 rondjes tegen 1 rondje betekenenis onduidelijk, niet in SS (Jup Sat, close to 2:1 resonance) ----- Meeting Notes (3/7/12 12:50) ----- 4 galileische manen HOVO

63 Conclusie Radial velocity vind veel planeten (700+)
Goede spectrograaf (HARPS) Dopplereffect: meet radiele snelheid Indirect: massa en periode Hete Jupiters, ook superaardes Veel planeten lijken niet op zonnestelsel! Toekomst: aardachtige planeten HOVO

64 lage dichtheid (transits) -> opgeblazen? (51 Peg)
HOVO