Pianeti extrasolari: sono oggetti di dimensioni planetarie che orbitano attorno ad altre stelle, che non hanno luminositàpropria. Non ci sono motivi per.

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1 Pianeti extrasolari: sono oggetti di dimensioni planetarie che orbitano attorno ad altre stelle, che non hanno luminositàpropria. Non ci sono motivi per negare l’esistenza di sistemi analoghi a quello solare. La presenza di Pianeti extrasolari può essere rivelata con vari metodi indiretti :

2 La probabilita’ di ospitare vita da una combinazione distanza luminosita’

3 Seti SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) is a scientific area whose goal is to detect intelligent life outside Earth. One approach, known as radio SETI, uses radio telescopes to listen for narrow-bandwidth radio signals from space. Such signals are not known to occur naturally, so a detection would provide evidence of extraterrestrial technology. Radio telescope signals consist primarily of noise (from celestial sources and the receiver's electronics) and man-made signals such as TV stations, radar, and satellites. Modern radio SETI projects analyze the data digitally. More computing power enables searches to cover greater frequency ranges with more sensitivity. Radio SETI, therefore, has an insatiable appetite for computing power.

4 Astrometria: con questa tecnica si misura il cambiamento nella posizione della stella. Questa tecnica è particolarmente adatta a scoprire pianeti massivi in orbita vicino alla stella centrale. Questo metodo ha il vantaggio di permettere la determinazione della massa del pianeta e dell'inclinazione dell'orbita. Misurazioni di tipo astrometrico possono solo essere condotte nello spazio, in assenza dell'atmosfera.

5 Fotometria (occultazioni): Questo metodo misura il cambiamento di luminosità quando un pianeta passa davanti alla stella. Un pianeta delle dimensioni di Giove provoca una variazione di luminosità di circa 1%. Questo metodo è particolarmente efficace per grandi pianeti che orbitano vicino alla stella centrale. Il primo transito osservato con un telescopio terrestre e stato quello del pianeto che orbita la stella HD 209458. Presto sarà possibile rivelare pianeti di tipo terrestre con telescopi in orbita. Radial velocity or Doppler methodRadial velocity or Doppler method: Variations in the speed with which the star moves towards or away from Earth that is, variations in the radial velocity of the star with respect to Earth — can be deduced from the displacement in the parent star's spectral lines due tospectral lines the Doppler effect. This has been by far the most productive technique usedDoppler effect Effetti gravitazionali: Un pianeta può produrre la momentanea amplificazione della segnale luminoso che proviene dalle stelle di fondo. Questo è dovuto ad una conseguenza della teoria della relatività generale. Si pensa che un pianeta sia stato scoperto con questa tecnica.

6 CH4 Le Scienze maggio/08, p.32 kepler

7 Esempio di Effetto Doppler Gliese 581, conosciuta anche come HO Librae, Scoperto nel 2005 2005 è una piccola e fredda nana rossa non molto distante dalla Terra (dalla quale la separano circa 20,4 anni luce), nella costellazione della Bilancia.Si tratta di una stella di classe spettrale M3, con circa il 30% della massa e del diametro del Sole, ed appena l'un percento della sua luminosità. come per la maggior parte delle stelle di questo tipo, è stata anche classificata come una stella variabile.nana rossaTerraanni luce costellazioneBilanciastellaclasse spettralemassadiametroSoleluminositàstella variabile Uno dei motivi che rendono questa piccola stella veramente interessante è la presenza di uno dei pianeti extrasolari più vicini al sistema solare scoperti fino ad oggi.pianeti extrasolarisistema solare Ascensione retta 15 h 19 m 26,8250 s Declinazione 07° 43’ 20,209” Neptune-mass planet, circular orbit of period P = 5.366 days

8 We report the discovery of a Neptune-mass planet around Gl 581 (M3V, M = 0.31 M), based on precise Doppler measurements with the HARPS spectrograph at La Silla Observatory. The radial velocities reveal a circular orbit of period P = 5.366 days and semi- amplitude K 1 = 13.2 m s -1. The resulting minimum mass of the planet (M 2 sin i) is only 0.052 M Jup = 0.97 M Nep = 16.6 M Earth making Gl 581b one of the lightest extra-solar planet known to date. The Gl 581 planetary system is only the third centered on an M dwarf, joining the Gl 876 three-planet system and the lone planet around Gl 436. Its discovery reinforces the emerging tendency of such planets to be of low mass, and found at short orbital periods. The statistical properties of the planets orbiting M dwarfs do not seem to match a simple mass scaling of their counterparts around solar-type stars.

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10 Col metodo Doppler sono stati scoperti centinaia di pianeti extrasolari

11 Il metodo Doppler non permette di osservare orbite ortogonali, ed è favorevole per pianeti massicci e vicini alla stella (periodo di pochi giorno)

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13 LA RICERCA DI PIANETI ( http://sci.esa.int/science) Immagini: I pianeti non emettono luce propria, ma riflettono la luce emessa dalla stella centrale. Con questo metodo si cerca di vedere la luce riflessa dai pianeti. Queso è molto difficile perché la stella centrale è molto più luminosa del pianeta che si sta cercando di osservare. Telescopi spaziali come Darwin/ Terrestrial Planet Finder di ESA e NASA useranno questa tecnica per cercare di scoprire pianeti nella zona abitabile (vedere slide 2 o14). L'osservazione diretta di pianeti che possono ospitare forme di vita sono possibilità da non trascurare. Gaia avrà un ruolo molto importante anche nella scoperta di pianeti abitabili. Infatti, nonostante non sia capace di scoprire pianti di tipo terrestre direttamente, sarà capace di identificare sistemi solari che contengono un pianeta massivo in un orbita lontana, una delle condizioni favorevoli per lo sviluppo di forme di vita complesse. The sheer number of stars to be investigated for planets by Gaia constitutes the most significant contribution that the mission will provide to the science of extra-solar planets. Within 200 parsec (~650 light-years) of the Sun, and limiting counts to bright solar-type main-sequence stars, about 10 5 objects are predicted to exist. These are stars brighter than 13th magnitude and with spectral types earlier than K5: young stars in the process of fusing hydrogen into helium in their cores.

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15 A=albedo Ordini di grandezza Intensità relativa di un pianeta solare visto da Un anno luce (1Ly) di Distanza e distanza angolare dalla stella

16 Ci aspettiamo un punto di luce circa 10 -10 meno luminoso e spostato ≈ 10 -4 ≈ 10 -5 rad/Ly I r ≈ r 2 /4R 2 *Albedo ESEMPIO: Sistema solare: Pianeta:r (km)R (MK m)  = R/Ly I rel.*AA       TERRA 6 378 1501.6110 -5 ≈ 4.510 -10 ≈0.41.5 VENERE 6 052 1081.2110 -5 ≈ 7.7 10 -10 0.691.1 GIOVE 71 398 7788.6 10 -5 ≈ 210 -9 0.448 SATURN O 60 000 142415.810 -5 ≈4.4 10 -10 0.4215

17 Per rivelare la presenza di un pianeta la risoluzione angolare è nelle capacità di un normale telescopio. Il vero problema è la bassa luminosità dell’eventuale pianeta. Il fattore di contrasto dei metodi interferometrici sta nella precisione in intensità nei fasci interferenti. Il fattore di contrasto delle figure di diffrazione è molto più elevato:molto elevato se la trasmissività o riflettività dell’ottica è ragionevolmente uniforme. Consideriamo perciò le figure di diffrazione di una apertura di campo circolare o quadrata.

18 Diaframma circolare

19 DIFFRAZIONE Diaframma quadrato Diaframma circolare

20 Le immagini molto sovraesposte dimostrano il grande Contrasto delle figure di diffrazione

21 L’Ottavo anello della figura precedente da ancora un contrasto superiore a 107 e permetterebbe di vedere una sorgente moltopiù debole e vicina alla stella

22 Nei telescopi normali vari supporti per l’ottica distorcono la figura di diffrazione

23 Un’ottica con diaframma di campo circolare non sembra essere La forma piu’ utile per esplorare le zone buie della figura di diffrazione. Un diaframma di forma quadrata offre delle caratteristiche interessanti nella figura di diffrazione. Consideriamo uno specchio di forma quadrata: La sua figura di diffrazione si calcola facilmente e si trova in tutti I testi di ottica:

24 Diffrazione da un diaframma quadrato

25 Diffrazione da un diaframma quadrato: L’intensità fuori dagli assi principali tende a zero molto più rapidamente a causa del prodotto incrociato dell’equazione precedente

26 Bessel, Sinc

27 In particolare lungo le diagonali si hanno degli zeri angolarmente più estesi 

28 1,1 Primo zero: (1,1) sulla diagonale

29 tridi

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32 Simulazione della figura di diffrazione supponendo una sorgente debole (I=0.001) che si posiziona lungo la diagonale principale E’ aprossimativamente La posizione che avrebbe Il supposto secondo pianeta della Stella Epsilon Eidani-c

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34 Plot3D[0.01(Sin[x - 10]/(x - 10))^2*(Sin[y - 10]/(y - 10))^2 + (Sin[x]/ x)^2*(Sin[y]/y)^2, {x, -5, 20}, {y, -5, 20}, PlotPoints -> 100]

35 Stelle prossime al Sole 10LY Epsilon Eridani 3.2 pc, 5116 Kelvin

36 Le Stelle più vicine

37 Conclusioni I metodi attualmente in uso permettono di studiare solo le stelle il cui asse di rotazione ha il giusto orientamento rispetto alla direzione stella-terra, riducendo sensibilmente la possibilità di osservare pianeti. Il metodo Doppler e le occultazioni funzionano indipendentemente dalla distanza della stella e permettono di esplorare un maggior volume. La diffrazione funziona fino ad una distanza max di circa 10~15 pc (dipende dalle dimensioni dell’ottica), ma va bene per qualunque orientazione relativa dell’asse. Se funziona si può studiare lo spettro della luce diffusa dal pianeta e cercare eventuali molecole organiche. Infine il metodo diffrattivo costa poco e permetterebbe di riciclare vecchi telescopi (Adatto alla ricerca italiana)

38 Intensità prevista  La costante solare ≈0.14 W/cm 2  Una stella tipo Sole invia da una distanza di 1 LY circa 10 8 fotoni visibili/sec. cm 2  Segue che uno specchio di 1 m 2 riceve circa 10 12 fotoni/sec.  e l'immagine del pianeta consta di circa 10 3 ≈10 4 fotoni/sec.