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

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

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

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

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

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

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

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

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

Hoe meet je de snelheid van een ster? HOVO

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

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

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

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

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? 1995 -> brede lijnen dipje, snelheid meten door lijnverschuiving probleem: rotatie verschuiving brede lijnen moeilijk (vinger) factor 10000! HOVO l

Waarom dopplermethode moeilijk is Lijnen verbreden door ster+telescoop Lijnen verschuiven door telescoopbeweging Oplossing Calibratie met Jodium cel Veel lijnen tegelijk goed calibreren (1/100.000), telescoop vervormd spectra. gas niet in ster voorkomt, veel lijnen. golflengte bekend hoeveelheid gas precies afstellen HOVO

Duizenden lijnen nodig! ----- Meeting Notes (3/5/12 16:36) ----- duizenden lijnen, atomen in atmsofeer goed te modelleren hoeveel verschoven? (factor 100.000) HOVO

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

HOVO boven: model jodium+waarneming (convolved) elk piekje=verbrede lijn (welke lijnen recht en welke niet) (5568/0.058=100.000) onder: golflengte schaal rechtgetrokken HOVO

boven: stermodel waagenomen onder: verschoven stermodel HOVO

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

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

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

Radiële snelheids variaties 51 Peg elk puntje is spectrum HOVO

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 0.0512 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

haverwege alpha en beta Magnitude 5.5 HOVO 26

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

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

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 0.0512 AU. Mocht deze gasreus maantjes hebben, dan is het er te warm voor water. G2 ster. Planeetmassa > 0.45 Mjupiter. Periode 4.23d a=0.0512 AE HOVO 29

rots verdampen HOVO 30

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

HOVO

Two planet solution? mwah HOVO

3 planet solution! HOVO 3 planeten voor goede fit. 3-4 yr 0.75yr paar dagen HOVO

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

Vergelijking met zonnestelsel ecc baan, maakt andere planeten moeilijk HOVO

Upsilon Andromedae +10 year orbit? 1 Mjup HOVO 37

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

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)

55 Cancri: 5 planeten! e b c f d e: M = 8 Mearth P=18 uur e: 8 earth masses, P=18 uur, 0.016 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

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

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

veel Jup, steeds meer kleine HOVO

steeds kleinere planeten HOVO

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

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

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

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

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

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

Welke planeten worden gevormd? 4e Gymnasium, Amsterdam

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

Klopt dit met exoplaneten? waargenomen 4e Gymnasium, Amsterdam

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

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

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

Migrerende planeten HOVO

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

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

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

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

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

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

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