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Agli estremi confini della scienza: I pianeti extrasolari Anna Cinzia Marra.

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Presentazione sul tema: "Agli estremi confini della scienza: I pianeti extrasolari Anna Cinzia Marra."— Transcript della presentazione:

1 Agli estremi confini della scienza: I pianeti extrasolari Anna Cinzia Marra

2 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Formazione del Sistema Solare

3 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Un po di storia nV-III sec. a.C.: Leucippo, Democrito, Epicuro nGiordano Bruno ( ) n1926: Amazing stories, nasce la fantascienza n1930: Peter van de Kamp e la stella di Barnard

4 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Astrometria

5 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Un po di storia nV-III sec. a.C.: Leucippo, Democrito, Epicuro nGiordano Bruno ( ) n1926: Amazing stories, nasce la fantascienza n1930: Peter van de Kamp e la stella di Barnard n1952: Otto Struve e le previsioni sullosservabilità dei pianeti extrasolari

6 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Previsioni sull'osservabilità dei pianeti extrasolari The Observatory, 72, (1952) TRANSITI VELOCITA' RADIALI Otto Struve

7 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Un po di storia nV-III sec. a.C.: Leucippo, Democrito, Epicuro nGiordano Bruno ( ) n1926: Amazing stories, nasce la fantascienza n1930: Peter van de Kamp e la stella di Barnard n1952: Otto Struve e le previsioni sullosservabilità dei pianeti extrasolari n1992: Wolszczan & Frail: pianeti di tipo terrestre in orbita intorno alla pulsar PSR n1995: Mayor & Queloz (Osservatorio di Ginevra): pianeta di tipo gioviano intorno alla stella 51Pegasi

8 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Definizione di pianeta nMassa: compresa tra la massa di Plutone e 10 M Jup nFormazione: per accumulazione di particelle in un disco di polvere e non per condensazione da nubi gassose, come le stelle nTipo: terrestre o gioviano Che cosa fa di un oggetto celeste un pianeta?

9 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 I dischi circumstellari Fin dal 1984 si sa che Beta Pictoris, una stella poco più calda del Sole e distante 50 anni luce, è circondata da un disco di polvere.

10 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Tecniche di rivelazione

11 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Ritardo temporale delle Pulsar Le pulsar sono stelle collassate che ruotano su se stesse in modo estremamente veloce, anche più volte al secondo, emettendo, come fari cosmici, fasci di onde radio molto collimati e a intervalli di tempo straordinariamente precisi, lungo i loro assi magnetici.

12 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 PSR Successivamente si è scoperto che anche intorno alla pulsar PSR B orbiterebbe un pianeta Periodo orbitale (giorni) Distanza (UA) Massa (M T )

13 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Ostacoli allosservazione diretta nLosservazione diretta è lunico modo per cercare di determinare la composizione di un pianeta nMa tutti i pianeti extrasolari noti sono impossibili da vedere con le tecniche attualmente a nostra disposizione (neppure lHubble è in grado di vederli!) nCi sono due motivi: –I pianeti noti hanno orbite molto vicine alla stella nLa maggior parte hanno orbite più piccole di quella di Mercurio! nLa separazione angolare tra il Sole e Giove sarebbe di appena 1 arcsec già a 5 pc! –I pianeti noti sono troppo deboli nGiove, per esempio, è più di un miliardo di volte meno luminoso del Sole TMR-1C nel Toro

14 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Effetto Doppler

15 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005

16 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Misure di velocità radiali Velocità radiali

17 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Misure di velocità radiali

18 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Misure di velocità radiali

19 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Limitazioni n La massa che si può calcolare è la minima massa di un pianeta necessaria per creare lo shift osservato, che coincide con la massa effettiva solo se il piano dellorbita è perpendicolare al piano del cielo. n Leffetto di Giove sul Sole è di 12.5 m/s, mentre quello della Terra è di 0.1 m/s. Con gli attuali strumenti, possiamo misurare velocità di 3 (o al meglio 1) m/s. n Tale limite rende estremamente difficile individuare, con questo metodo, pianeti di tipo terrestre. Finora con questo metodo sono stati individuati più di 120 pianeti di tipo gioviano.

20 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo Pegasi Il primo pianeta extrasolare in orbita intorno ad una stella normale è stato scoperto da Mayor & Queloz nel 1995 intorno alla stella 51 Pegasi. Questa stella è una G5V, con proprietà simili al nostro Sole. 51 Pegasi RpRp 0.05 UA P4.2 giorni MPMP M Jup e0

21 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Transiti Nel caso (raro) in cui lorbita del pianeta passi davanti al disco della stella, potrebbe verificarsi uneclisse, registrabile come una piccolissima variazione di luce.

22 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Il transito di un pianeta, già scoperto intorno alla stella HD con il metodo delle velocità radiali, è stato poi osservato nel 1999 allistante previsto. Transiti

23 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Transiti Vantaggi n Transito di un pianeta come Giove: L=1% (telescopio di 1 m) n Pianeti a grande distanza dalla stella (al contrario del metodo delle velocità radiali) Svantaggi n Transito di un pianeta come la Terra: L=0.01% (nessun telescopio) n Se aumenta la distanza stella-pianeta, ci sono meno probabilità di osservare lallineamento utile

24 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Microlensing Gravitazionale nIdea di base: una stella che passa davanti ad una stella più distante agisce da lente nei confronti della stella lontana. nAlbert Einstein aveva previsto questo effetto nella sua teoria della relatività generale: il campo gravitazionale della stella in primo piano piega e focalizza la luce, proprio come farebbe una lente di vetro ricurva.

25 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Microlensing Gravitazionale Un pianeta che orbita intorno alla stella lente lascerà una traccia caratteristica nel profilo di luminosità della stella. Microlensing1 Con questo metodo è possibile rivelare la presenza di pianeti moderatamente massicci (poco più della Terra) in sistemi molto lontani (distanze dellordine di 10 kpc)

26 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Microlensing Gravitazionale Recentemente è stato scoperto il primo pianeta utilizzando questa tecnica, grazie ad una cooperazione tra due team di ricerca internazionali: Microlensing Observations in Astrophysics (MOA) e Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE). I risultati di questo lavoro sono stati pubblicati in Astrophysical Journal Letters di Maggio Il pianeta orbiterebbe a 3 UA da una stella della costellazione del Sagittario a anni luce di distanza da noi e avrebbe una massa pari a 1.5 M Jup. Il sistema stella- pianeta fa da lente ad una stella a anni luce di distanza, vicino al centro della Via Lattea. Microlensing2 Microlensing3 Microlensing2 Microlensing3Microlensing2Microlensing3Microlensing2Microlensing3

27 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Il primo possibile pianeta terrestre

28 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Una visione dinsieme

29 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Alcuni numeri … 136 pianeti scoperti o confermati con le misurazioni delle velocità radiali 136 pianeti scoperti o confermati con le misurazioni delle velocità radiali 1 sistema con 4 pianeti, 2 con 3 pianeti, 13 con 2 pianeti, 99 pianeti singoli ma in molti sistemi le misurazioni sembrano indicare la presenza di altri pianeti di lungo periodo 1 sistema con 4 pianeti, 2 con 3 pianeti, 13 con 2 pianeti, 99 pianeti singoli ma in molti sistemi le misurazioni sembrano indicare la presenza di altri pianeti di lungo periodo 7 pianeti che occultano la propria stella 7 pianeti che occultano la propria stella 1 pianeta direttamente osservato 2M1207 b (?) 1 pianeta direttamente osservato 2M1207 b (?) Il pianeta più piccolo ha una massa di 14 M T, il più grande ha una massa di circa 13 M Jup (4120 M T ) Il pianeta più piccolo ha una massa di 14 M T, il più grande ha una massa di circa 13 M Jup (4120 M T ) I periodi orbitali vanno da circa 1.3 giorni a oltre 10 anni I periodi orbitali vanno da circa 1.3 giorni a oltre 10 anni 14 stelle binarie ospitano pianeti: 1 sistema con 3 pianeti ( Andromedae) e 1 con 4 pianeti (55 Cnc) 14 stelle binarie ospitano pianeti: 1 sistema con 3 pianeti ( Andromedae) e 1 con 4 pianeti (55 Cnc) Esiste 1 pianeta che orbita attorno alle sue due stelle. Esiste 1 pianeta che orbita attorno alle sue due stelle.

30 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Caratteristiche generali

31 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Caratteristiche generali Terra Giove

32 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Caratteristiche generali

33 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Caratteristiche generali I pianeti extrasolari, al contrario di quelli del Sistema Solare, sono in orbite tipicamente eccentriche.

34 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Un sistema di pianeti giganti Gli astronomi Marcy e Butler hanno individuato nel 1999 il primo sistema multiplo: un sistema di tre pianeti di tipo gioviano in orbita intorno alla stella Upsilon Andromedae. Pianeti di tipo gioviano su orbite molto vicine alla stella non sono compatibili con il modello di formazione del nucleo per accumulazione di planetesimi! MODELLO STANDARD IN CRISI

35 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Problemi aperti nLa maggior parte dei pianeti finora scoperti hanno masse grandi e orbite molto strette - Come può un pianeta gioviano formarsi così vicino alla sua stella? - Questi pianeti migrano allinterno dal sistema ad un certo punto della loro vita?

36 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Osservazioni future nOsservazioni dirette nel vicino infrarosso (NGST, VLT Planet Finder, OWL) nMisurazioni astrometriche (VLTI) nNulling interferometry (Darwin, TPF) nRilevazioni coronografiche (TPFC) nCampagne di ricerca di transiti (Kepler, Corot) nScoperta di pianeti terrestri (rocciosi) nStatistica sullabbondanza di pianeti nella Galassia nRicerca di vita su altri pianeti

37 I pianeti extrasolari Lecce, 17 marzo 2005 Conclusione L'astronomia ha subito tre grandi rivoluzioni negli scorsi quattrocento anni. La prima fu quella copernicana, che spostò la Terra dal centro del sistema solare e la collocò a 150 milioni di chilometri da esso; la seconda avvenne tra il 1920 e il 1930 quando, in seguito al lavoro di Harlow Shapley e R. J. Trumpler, ci accorgemmo che il sistema solare non è al centro della via Lattea, ma a circa anni-luce da questo, in un braccio a spirale relativamente poco definito; la terza rivoluzione sta avvenendo ora e, lo vogliamo o no, dobbiamo prendervi parte. E' questa la rivoluzione racchiusa nella domanda: siamo soli nell'Universo? (Otto Struve)


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