FUNDAMENTOS DE ASTROBIOLOGIA AST -...

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FUNDAMENTOS DE ASTROBIOLOGIA �AST – 416 – 3 �

�Aula 5 �

Sistema Solar e exoplanetas �

C.A.Wuensche

INPE – Divisão de Astrofísica

http://www.das.inpe.br/~alex

2

Sistema Solar e exoplanetas

Leitura:

þ  Caps. 5 e 6 do livro “Astrobiologia: uma ciência emergente” (Galante, Avellar, Horvath, Rodrigues)

þ  Cap. 9 do livro “Astrobiology: a multidisciplinary approach” (Lunine)

Carlos Alexandre Wuensche (INPE)

3

Procurando vida...þ  Não inteligente...

ü  Busca de bio-traçadores no Sistema Solar.

ü  Busca de planetas extra-solares.

ü  Busca de bio-traçadores em planetas extra-solares.

þ  Inteligente...

ü  Busca de sinais “não-naturais” vindos de outro local do Universo (SETI).

31J.Tarter,AnnualReviewofAstronomyandAstrophysics(2001)


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Duasestratégiasclássicas

þ  Sigaaágua!

þ  Busquefontesabundantesedisponíveisdeenergia!

ü  Condição fundamental para habitabilidade

ü  Disponibilidade de energia torna possível a reprodução de estados “químicos” de baixíssima probabilidade (=vida!?!?!)

ü  Identificação de biotraçadores pode ser muito mais eficiente (vida é moldada e, ao mesmo tempo, molda o meio ambiente).

32Carlos Alexandre Wuensche (INPE)

5

Nosso Sistema Solar...Vários locais no nosso Sistema Solar podem ter sido, ou ainda ser, favoráveis à vida.

Marte?

Europa?

Titã?

Encelado?


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Marteþ  NASA(principais)

ü  MarsRovers:SpiriteOpportunity2003,Curiosity(2012)

ü  MarsObserver/GlobalSurveyor/Pathfinder:92,96e97

ü  Viking,Mariner-anos60e70

þ  URSS(principais)

ü  Zond,Sputnik,Mars,Cosmos,Phobos-anos60a80

þ  ESA

ü  MarsExpress,Beagle,Rosetta-anos2000

ü  Insight(2018)


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A exploração recente de Marte

ü NASAü Mars Rovers: Spirit e Opportunityü Mars Global Surveyor/Mars Pathfinder (Sojourner)

ü ESA ü Mars Express: Beagle 2


10

Água em Marte?


11

Água em Marte?


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ScienceNOW Daily News - 20 May 2009

Águalíquida!!!þ  ExcessodesaispodeterimpedidoaáguaemMartedecongelar-se

facilmente

þ  InteraçõesquímicasentreaáguaesaiscompostosdeEnxofre,Ferro,

Silício,Magnésio,Cálcio,Cloro,Sódio,PotássioeAlumínio,em4regiõesdiferentesdeMarte,fazemaáguacongelaratemperaturas

muitoinferioresa0°C(Fairénetal.,Nature,2009)

þ  Observaçõesfeitasaovivo(jipesSpiriteOpportunity)epor

sensoriamentoremoto(sondasViking1ePathfinder)


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Água líquida 2009 e 2015!!!!

http://phys.org/news/2015-04-mars-liquid-curiosity-rover-brine.html

þ  Perclorato de sodio, magnésio e cálcio (0,4% a 0,6% peso total)

þ  Medidas do instrumento REMS

þ  Jipe Curiosity, no Lago Gale (Marte)


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A superfície de Marte e da Terra..

Polígonos fotografados pela Phoenix em Marte...

... e fotografados (em cor falsa) da órbita de Marte

.. comparados com um padrão de solo nas Ilhas Devon, no Ártico Canadense

Perfeitamente explicado pelo processo de congelamento e degelo, em ambos os casos!


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Eaexistênciadegásmetano?

þ Detectado depois de anos (marcianos...) de observação da atmosfera (15/01/2009)

þ  Impossível de existir por longos períodos de tempo nas condições atmosféricas de Marte

þ Origem geológica ou biológica recente!

þ Níveis comparáveis aos emitidos por poços de petróleo na Terra


16

Como é produzido?

Carlos Alexandre Wuensche (INPE)40Fonte:http://science.nasa.gov

17

Onde é produzido? �O que é produzido?

41Fonte:http://science.nasa.gov Carlos Alexandre Wuensche (INPE)

1842

Carlos Alexandre Wuensche

Cortesia Tomas Hode – Swedish Museum of Natural Science

Núcleo metálico

Núcleo metálico

Interior rochoso

Camada de H2O

Interior rochoso

Camada de H2O

Cobertura de gelo

Superfície de gelo quebradiço

Gelo convectivo “morno”

Oceano líquido sob o gelo

EUROPA (Satélite de Júpiter)

Capa de gelo?

Ou um oceano submerso?


1942


Cortesia Tomas Hode – Swedish Museum of Natural Science

Núcleo metálico

Núcleo metálico

Interior rochoso

Camada de H2O

Interior rochoso

Camada de H2O

Cobertura de gelo

Superfície de gelo quebradiço

Gelo convectivo “morno”

Oceano líquido sob o gelo

EUROPA (Satélite de Júpiter)

Capa de gelo?

Ou um oceano submerso?


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Titã – A Lua de Saturno

Variação de brilho nas imagens à direita sugerem a existência de um “continente” em Titã


Atmosfera muito diferente da Terra (com nitrogênio e amônia).Maior que a Lua e MercúrioClima inóspito (T ~ -180˚ C)

21

Cortesia: NASA/JPL/Univ. of Arizona

Titã visto pela Cassini Julho/2004


2244http://science.nasa.gov

Titã


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Água em Enceladus?

Observações da sonda Cassini indicam grande possibilidade da presença de água LÍQUIDA numa erupção (Nasa News, 09/03/2006).

Existência de vulcanismo (anteriormente, somente a Terra, Io e Tritão).

45

http://science.nasa.gov/headlines/y2006/09mar_enceladus.htm


24

Provável região de onde a água é

ejetada pela superfície de Enceladus.

http://science.nasa.gov/headlines/y2006/09mar_enceladus.htm

25

Outros alvos em potencial para exploração “in situ”....

þ  Ganimedes (Júpiter)

Eparamosporai...

þ  A viagem até estrela mais próxima, Alfa Centauri, situada a 4,5 anos-luz (42,5 trilhões de km), levaria cerca de 173,5 mil anos para ser percorrida no ônibus espacial, a uma velocidade de 28000 km/h

þ  A sonda Juno é o objeto mais veloz produzido pelo homem e se move a 264.000 km/h


26

PLANETAS �FORA DO SISTEMA

SOLAR: EXOPLANETAS!

27

Detecção de planetas extrasolares


28

Detecção de planetas extrasolares Circa 2008


29http://phys.org/news/2015-08-dwarf-planet.html


31

Possibilidade de detecção remota de vida �  Explorar o contraste estrela/planeta no IV térmico (Des Marais et al. 2002, Segura et al. 2003)

> 106

CO2

15 µm

O3 9.6 µm

CH4 7.7 µm

H2O 6.3 µm + 12 µm band

Window at 8-12 µ m: Tsurface


32

Possibilidade de detecção remota de vida

53Fonte:http://science.nasa.gov


33

Zonas Habitáveis estelares


34

Exoplanetasþ  detecção direta difícil

þ  detecção indireta:

ü  variação da velocidade radial de uma estrela (ambos giram em torno do centro de massa do sistema)

ü  trânsito de planeta na frente de estrelas (eclipse, órbitas praticamente perpendiculares ao plano do céu )

ü  lente gravitacional (variação no brilho de objetos “atrás” de sistemas planetários, devido à gravidade)

þ  Enciclopédia de planetas extrasolares

ü  http://www.obspm.fr/encycl/encycl.htmlCarlos Alexandre Wuensche (INPE)

35

Dezembro/1996

Fonte: http://cannon.sfsu.edu/~gmarcy/planetsearch/multi_panel.jpg

1995 - 1997


36

Julho/2001

http://cannon.sfsu.edu/~gmarcy/planetsearch/multi_panel.jpg

Por volta de 1999


37

Setembro/2003 110 planetas

Fonte: http://exoplanets.org/

Por volta de 2000 - 2001


38

178 planetas conhecidos até 2002

Distância máxima: 200 pc

Por volta de 2002


39

17/Julho/2006 199 planetas

Fonte: http://exoplanets.eu/

Exoplanet.eu

þ The Extrasolar Planet Encyclopedia: talvez a melhor fonte de informações disponível na rede sobre exoplanetas…

þ http://exoplanet.eu/


40

Os primeiros exoplanetas encontrados

Sistema 2M1207

Primeira observação direta de um planeta extra-solar

Objeto branco: anã marrom

Objeto vermelho: planeta com 5 MJ

Distância do paneta a 2M1207: 55 UA

Distância: 70 pc


41

2M1207�Primeira observação direta de um planeta extra-solar

Fonte: http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap050510.htmlCarlos Alexandre Wuensche (INPE)

42

Os primeiros exoplanetas encontrados

þ Gliese 876 (sistema múltiplo: 5 planetas – 4 “Júpiters”)

ü  Contém o 1o. planeta extrasolar semelhante à Terra

ü  Estrela anã, tipo espectral: M

ü  Tsup: ~ 200° C, Massa: 5,9 Mterra, Translação: 1,94 dias

þ  Distância do planeta a Gliese: 0,021 U.A (3,2 milhões de km)

ü  Instrumento: Telescópio Keck

ü  http://www2.keck.hawaii.eduCarlos Alexandre Wuensche (INPE)

43

Gliese 876d: 1o. Planeta extrasolar semelhante à Terra (2005)

þ  Gliese 876: estrela anã þ  Tipo espectral: Mþ  Tsup: ~ 200 C; Massa: 5,9 Mterra; Translação: 1,94 diasþ  Distância de Gliese: 0,021 U.A (3,2 milhões de km)þ  Gliese 876: 5 planetas, sendo 4 do tipo Júpiter

confirmados, dois em avaliação þ  1o. Planeta de Gliese descoberto em 1998þ  Distância: cerca de 15 anos luz e visível com binóculos na

constelação de Aquariusþ  Observação: Telescópio Keck (http://www2.keck.hawaii.edu)


45

Gliese 876

Gliese 876c

Planetas tipo Júpiter

Vista do planeta tipo terrestre a partir de uma hipotética lua

de um dos planetas semelhantes a Júpiter


Fonte:http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap050614.html

46

O Zoológico de exoplanetas

48

Borucki et al. Science, 340, 6132, pp. 587-590 (3 May 2013)


47

Em 30/09/2010492 planetas confirmados388 sistemas planetários45 sistemas com múltiplos planetas

Em 12/03/2015• 1894 planetas confirmados• 1192 sistemas planetários• 478 sistemas com múltiplos planetas

http://exoplanet.eu/catalog.php




Em 02/03/2014815 sistemas planetários1076 planetas179 sistemas com múltiplos planetas



48Divisão de AstrofísicaCarlos Alexandre Wuensche48 Carlos Alexandre Wuensche (INPE)

https://exoplanets.nasa.gov/interactable/11/

49

Detecção X Caracterizaçãoþ Detecção (COROT e Kepler)

ü Detectar presença de exoplaneta em torno de uma estrela

ü Determinar massa para distinguir das anãs marrons

ü Determinar órbita em torno da estrela

þ  Caracterização (Hubble, MOST, Spitzer e Kepler)

ü Determinar raio

ü Determinar propriedades da superfície

ü Determinar propriedades da atmosfera

Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)C. U. Keller, Astronomical Data Analysis (2011)

50

Quais parâmetros físicos são determinados?

þ Velocidade radial (oscilação):ü Período

ü  semi-eixo maior

ü Excentricidade

ü  limite inferior para massa


þ  Trânsitos (ocultação):ü Período

ü  semi-eixo maior

ü  Inclinação

ü Raio

ü  temperatura do planeta

ü atmosfera do planetaC. U. Keller, Astronomical Data Analysis (2011)

51

Técnicas principais: Velocidade Radialþ  Ambos (estrela e planeta) giram em torno do

centro de massa do sistema.þ  O desvio Doppler da luz emitida pela estrela

será maior quanto maior a massa do planeta ou menor a distância entre o planeta e a estrela.


K =2⇡G

Porb

1/3 MP sen(i)

(M⇤ +MP )2/31p

1� e2<latexit sha1_base64="M1NYxBs1Orp3L8V3+iVFAay0tR4=">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</latexit><latexit sha1_base64="M1NYxBs1Orp3L8V3+iVFAay0tR4=">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</latexit><latexit sha1_base64="M1NYxBs1Orp3L8V3+iVFAay0tR4=">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</latexit><latexit sha1_base64="M1NYxBs1Orp3L8V3+iVFAay0tR4=">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</latexit>

•  e – excentricidade da órbita

•  MP – massa do planeta

•  M* - massa da estrela

•  Porb – período orbital

•  G – constante gravitacional

•  i – inclinação da órbita

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Técnicas principais: Velocidade Radialþ  Para órbitas aprox. circulares e MP << M*, temos:


•  Porb – período orbital em anos

•  MP – em massas de Júpiter

•  M* - em massas solares

vobs = 28, 4M + Psen(i)

P 1/3orb M

2/3⇤

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•  Júpiter – 12,4 m/s

•  Saturno – 2,8 m/s

•  Terra – 9 cm/s

•  Estrelas massivas reduzem o sinal

•  Estrelas de baixa massa aumentam o sinal


Velocidade radial

54

Velocidade radial


55

Problemasþ  Correção para o movimento orbital da terra (até 30 km/s) e rotação da

terra (0,5 km/s)

þ  Análise do período orbital

þ  Apenas bom para estrelas legais como o Sol

þ  Estrelas quentes (O, B, A) não possuem linhas espectrais

þ  Rotação estelar, manchas estelares, oscilações, convecção impactam a amplitude do sinal Doppler

þ  Estatística

ü  Efeitos de seleção: alguns aspectos das distribuições observadas são inconsistentes com a população real de exoplanetas

ü  dependem da abordagem de detecção de exoplanetas

ü  a massa é principalmente um limite inferior para a massa real


C. U. Keller, Astronomical Data Analysis (2011)

56

Técnicas principais: trânsitoþ Órbitas praticamente perpendiculares ao plano do

céu (i=90o).

þ Obtém-se a massa do planeta por velocidade radial e o raio do planeta pelo trânsito.

þ Telescópios no solo conseguem detectar apenas planetas grandes, para planetas telúricos é necessário observar com satélites.

þ Possível de detectar com pequenos telescópios (< 1 m diâmetro)

þ Variações no tempo de trânsito podem revelar outro planeta escondido


57

Técnicas principais: trânsitoþ  Intensidade do sinal

ü  Raio da estrela R*

ü  raio do planeta Rp

þ  Cerca de 1% para Júpiter e Sol

þ  Duração do trânsito proporcional a Porb1/3 (R*/M*)1/3

þ  Duração do trânsito permite também estimativa de R*

þ  Mudança de intensidade fornece raio do planeta


�I

I= (

RP

R⇤)2

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C. U. Keller, Astronomical Data Analysis (2011)

58

Trânsito

Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)

59

Observáveis derivados do trânsito

þ  Período

þ  Inclinação da órbita (i≈90 °)

þ  Raio do planeta

þ  Temperatura do planeta a partir do eclipse secundário

þ  Escurecimento do limbo da estrela

þ  Bom para grandes planetas próximos à estrela


60

Trânsito de Vênus – 8 Junho 2004


61

Trânsito de planetas extrasolares

þ  Duração: 2h30

þ  Método: fotometria diferencial

þ  Variação na intensidade: < 2%

þ  Data: 07-08/09/2004

þ  Período: 3,5 dias

Observação do trânsito de HD209458, usando o telescópio de 28 cm do Miniobservatório do INPE (Eder Martioli e Julio Tello)

Δm ~ 0,02


http://www.das.inpe.br/miniobservatorio/projetos/transito.htm

62

Primeira detecção de planeta do tipo terrestre


Massa: 4,8 MTerraDensidade: 5,6 g/cm3

63

Alguns problemas com trânsitosþ  Baixa probabilidade, mas simples observação

þ  Muitos falsos positivos:

ü  Eclipse tangencial da estrela da sequência principal

ü  Binárias eclipsante (gigante e sequência principal)

ü  Eclipsando binária próxima (foreground ou background)


64

Alguns problemas com trânsitosþ  Apenas alguns por cento dos candidatos são exoplanetas reais

þ  Precisa de confirmação de velocidade radial com grandes telescópios (≥4m)


65

Técnicas principais: microlentesþ  A luz de um objeto distante é curvada e amplificada devido à

gravidade de um objeto situado na linha de visada entre nós e o objeto.

þ  Objetos massivos no halo da nossa galáxia podem agir como lentes gravitacionais.


66Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)

↵̂D =4GM

Dl✓c2<latexit sha1_base64="LqfzXmB9uMkuPJEslqf3r4yjfJk=">AAACFXicbVDLSgNBEJyN7/iKevTSGAQPIrtB0IsgKuhFUDAqZOPSO5m4g7MPZnqFsOQnvPgrXjwo4lXw5t84iTloYsFAUdVFT1eYKWnIdb+c0tj4xOTU9Ex5dm5+YbGytHxp0lxzUeepSvV1iEYomYg6SVLiOtMC41CJq/DusOdf3QttZJpcUCcTzRhvE9mWHMlKQWXTj5DAR5VFGBzBHhTbcAyn4Kc2BUeBAp8iQQj8ptYNKlV3y+0DRok3IFU2wFlQ+fRbKc9jkRBXaEzDczNqFqhJciW6ZT83IkN+h7eiYWmCsTDNon9VF9at0oJ2qu1LCPrq70SBsTGdOLSTMVJkhr2e+J/XyKm92yxkkuUkEv6zqJ0roBR6FUFLasFJdSxBrqX9K/AINXKyRZZtCd7wyaPksrblWX6+Xd0/GNQxzVbZGttgHtth++yEnbE64+yBPbEX9uo8Os/Om/P+M1pyBpkV9gfOxze7f5yq</latexit><latexit sha1_base64="LqfzXmB9uMkuPJEslqf3r4yjfJk=">AAACFXicbVDLSgNBEJyN7/iKevTSGAQPIrtB0IsgKuhFUDAqZOPSO5m4g7MPZnqFsOQnvPgrXjwo4lXw5t84iTloYsFAUdVFT1eYKWnIdb+c0tj4xOTU9Ex5dm5+YbGytHxp0lxzUeepSvV1iEYomYg6SVLiOtMC41CJq/DusOdf3QttZJpcUCcTzRhvE9mWHMlKQWXTj5DAR5VFGBzBHhTbcAyn4Kc2BUeBAp8iQQj8ptYNKlV3y+0DRok3IFU2wFlQ+fRbKc9jkRBXaEzDczNqFqhJciW6ZT83IkN+h7eiYWmCsTDNon9VF9at0oJ2qu1LCPrq70SBsTGdOLSTMVJkhr2e+J/XyKm92yxkkuUkEv6zqJ0roBR6FUFLasFJdSxBrqX9K/AINXKyRZZtCd7wyaPksrblWX6+Xd0/GNQxzVbZGttgHtth++yEnbE64+yBPbEX9uo8Os/Om/P+M1pyBpkV9gfOxze7f5yq</latexit><latexit sha1_base64="LqfzXmB9uMkuPJEslqf3r4yjfJk=">AAACFXicbVDLSgNBEJyN7/iKevTSGAQPIrtB0IsgKuhFUDAqZOPSO5m4g7MPZnqFsOQnvPgrXjwo4lXw5t84iTloYsFAUdVFT1eYKWnIdb+c0tj4xOTU9Ex5dm5+YbGytHxp0lxzUeepSvV1iEYomYg6SVLiOtMC41CJq/DusOdf3QttZJpcUCcTzRhvE9mWHMlKQWXTj5DAR5VFGBzBHhTbcAyn4Kc2BUeBAp8iQQj8ptYNKlV3y+0DRok3IFU2wFlQ+fRbKc9jkRBXaEzDczNqFqhJciW6ZT83IkN+h7eiYWmCsTDNon9VF9at0oJ2qu1LCPrq70SBsTGdOLSTMVJkhr2e+J/XyKm92yxkkuUkEv6zqJ0roBR6FUFLasFJdSxBrqX9K/AINXKyRZZtCd7wyaPksrblWX6+Xd0/GNQxzVbZGttgHtth++yEnbE64+yBPbEX9uo8Os/Om/P+M1pyBpkV9gfOxze7f5yq</latexit><latexit sha1_base64="LqfzXmB9uMkuPJEslqf3r4yjfJk=">AAACFXicbVDLSgNBEJyN7/iKevTSGAQPIrtB0IsgKuhFUDAqZOPSO5m4g7MPZnqFsOQnvPgrXjwo4lXw5t84iTloYsFAUdVFT1eYKWnIdb+c0tj4xOTU9Ex5dm5+YbGytHxp0lxzUeepSvV1iEYomYg6SVLiOtMC41CJq/DusOdf3QttZJpcUCcTzRhvE9mWHMlKQWXTj5DAR5VFGBzBHhTbcAyn4Kc2BUeBAp8iQQj8ptYNKlV3y+0DRok3IFU2wFlQ+fRbKc9jkRBXaEzDczNqFqhJciW6ZT83IkN+h7eiYWmCsTDNon9VF9at0oJ2qu1LCPrq70SBsTGdOLSTMVJkhr2e+J/XyKm92yxkkuUkEv6zqJ0roBR6FUFLasFJdSxBrqX9K/AINXKyRZZtCd7wyaPksrblWX6+Xd0/GNQxzVbZGttgHtth++yEnbE64+yBPbEX9uo8Os/Om/P+M1pyBpkV9gfOxze7f5yq</latexit>

•  α – ângulo de lenteamento•  θ – semi-ângulo de deflexão•  M – massa do objeto (lente)•  Dl – distância lente – observador•  DlS – distância lente – fonte•  DS – distância fonte – observador

observadorfonte

lente

GEOMETRIAPOSICIONAMENTO

� = ✓ � ↵D<latexit sha1_base64="ARKtV+dEoilmPJw78U5XK6Y35gA=">AAACAnicbZDJSgNBEIZ7XGPcRj2Jl8YgeDHMiKAXIagHjxHMAplhqOn0JE16FrprhBCCF1/FiwdFvPoU3nwbO8tBE39o+Piriur6w0wKjY7zbS0sLi2vrBbWiusbm1vb9s5uXae5YrzGUpmqZgiaS5HwGgqUvJkpDnEoeSPsXY/qjQeutEiTe+xn3I+hk4hIMEBjBfa+F3IEekk97I7ghHogsy4EN4FdcsrOWHQe3CmUyFTVwP7y2inLY54gk6B1y3Uy9AegUDDJh0Uv1zwD1oMObxlMIObaH4xPGNIj47RplCrzEqRj9/fEAGKt+3FoOmPArp6tjcz/aq0cowt/IJIsR56wyaIolxRTOsqDtoXiDGXfADAlzF8p64IChia1ognBnT15HuqnZdfw3VmpcjWNo0AOyCE5Ji45JxVyS6qkRhh5JM/klbxZT9aL9W59TFoXrOnMHvkj6/MHLHuV/g==</latexit><latexit sha1_base64="ARKtV+dEoilmPJw78U5XK6Y35gA=">AAACAnicbZDJSgNBEIZ7XGPcRj2Jl8YgeDHMiKAXIagHjxHMAplhqOn0JE16FrprhBCCF1/FiwdFvPoU3nwbO8tBE39o+Piriur6w0wKjY7zbS0sLi2vrBbWiusbm1vb9s5uXae5YrzGUpmqZgiaS5HwGgqUvJkpDnEoeSPsXY/qjQeutEiTe+xn3I+hk4hIMEBjBfa+F3IEekk97I7ghHogsy4EN4FdcsrOWHQe3CmUyFTVwP7y2inLY54gk6B1y3Uy9AegUDDJh0Uv1zwD1oMObxlMIObaH4xPGNIj47RplCrzEqRj9/fEAGKt+3FoOmPArp6tjcz/aq0cowt/IJIsR56wyaIolxRTOsqDtoXiDGXfADAlzF8p64IChia1ognBnT15HuqnZdfw3VmpcjWNo0AOyCE5Ji45JxVyS6qkRhh5JM/klbxZT9aL9W59TFoXrOnMHvkj6/MHLHuV/g==</latexit><latexit sha1_base64="ARKtV+dEoilmPJw78U5XK6Y35gA=">AAACAnicbZDJSgNBEIZ7XGPcRj2Jl8YgeDHMiKAXIagHjxHMAplhqOn0JE16FrprhBCCF1/FiwdFvPoU3nwbO8tBE39o+Piriur6w0wKjY7zbS0sLi2vrBbWiusbm1vb9s5uXae5YrzGUpmqZgiaS5HwGgqUvJkpDnEoeSPsXY/qjQeutEiTe+xn3I+hk4hIMEBjBfa+F3IEekk97I7ghHogsy4EN4FdcsrOWHQe3CmUyFTVwP7y2inLY54gk6B1y3Uy9AegUDDJh0Uv1zwD1oMObxlMIObaH4xPGNIj47RplCrzEqRj9/fEAGKt+3FoOmPArp6tjcz/aq0cowt/IJIsR56wyaIolxRTOsqDtoXiDGXfADAlzF8p64IChia1ognBnT15HuqnZdfw3VmpcjWNo0AOyCE5Ji45JxVyS6qkRhh5JM/klbxZT9aL9W59TFoXrOnMHvkj6/MHLHuV/g==</latexit><latexit sha1_base64="ARKtV+dEoilmPJw78U5XK6Y35gA=">AAACAnicbZDJSgNBEIZ7XGPcRj2Jl8YgeDHMiKAXIagHjxHMAplhqOn0JE16FrprhBCCF1/FiwdFvPoU3nwbO8tBE39o+Piriur6w0wKjY7zbS0sLi2vrBbWiusbm1vb9s5uXae5YrzGUpmqZgiaS5HwGgqUvJkpDnEoeSPsXY/qjQeutEiTe+xn3I+hk4hIMEBjBfa+F3IEekk97I7ghHogsy4EN4FdcsrOWHQe3CmUyFTVwP7y2inLY54gk6B1y3Uy9AegUDDJh0Uv1zwD1oMObxlMIObaH4xPGNIj47RplCrzEqRj9/fEAGKt+3FoOmPArp6tjcz/aq0cowt/IJIsR56wyaIolxRTOsqDtoXiDGXfADAlzF8p64IChia1ognBnT15HuqnZdfw3VmpcjWNo0AOyCE5Ji45JxVyS6qkRhh5JM/klbxZT9aL9W59TFoXrOnMHvkj6/MHLHuV/g==</latexit>


A(u) =u2 + 2

upu2 + 4

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D�1rel = D�1

l �D�1s

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RSchw =2GM

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+

Amplificação da imagem

69

Métodos de deteção de planetasLentes gravitacionais


70

Detecção de planetas por microlenteamento

OGLE - Optical Gravitational Lensing Experiment


Bond et al. 2004 astro-ph/0404309

71

Vantagens do microlenteamentoþ  Capaz de encontrar os planetas mais distantes e

menores de qualquer método atualmente disponível

þ Mais sensível aos planetas que orbitam em distâncias moderadas a grandes de suas estrelas (complementar a velocidade radial e trânsito),

þ  Capaz de observar dezenas de milhares de planetas simultaneamente. Se um evento de microlente ocorrer em qualquer lugar dentro do campo de estrelas observado, ele será detectado.


72

Desvantagens do microlenteamentoþ  Eventos ocorrem uma única vez

þ  Distância do planeta detectado da Terra é conhecida apenas por aproximação grosseira. Ao lidar com planetas a dezenas de milhares de anos-luz de distância, isso poderia significar erros de milhares de anos-luz!

þ  Eventos raros e aleatórios - a passagem de uma estrela precisamente na frente de outra vista da Terra.

þ  Imprevisível!!!

þ  Detecções por microlenteamento até a 24/01/2019: 89 planetas


73

Observação de atmosferas de exoplanetas

þ  Trânsito: raio do planeta

þ  Emissão térmica: atmosfera emissora, temperatura e gradiente, curva de fase térmica

þ  Espectros de transmissão: alta atmosfera, exosfera

þ  Reflexão: albedo, curva da fase de luz refletida (polarização), atmosfera com espalhamento

þ  Curva de luz fornece informações sobre estrela + planeta

þ  Eclipse Secundário: sem luz do planeta -> albedo

þ  Diferença em diferentes comprimentos de onda -> espectro do exoplaneta -> composição da atmosfera



Seager & Demming (2010)

75

PrimeiraobservaçãodaatmosferadeumexoplanetapelosatéliteKepler(06/08/2009)

þ  Localizado em torno de uma estrela cerca de 1000 anos-luz da Terra

þ  Translação: 2,2 dias

þ  Massa ~ MJúpiter (~ 318 MTerra)

þ  raio da órbita: 5,7 milhões de km (26 vezes mais próxima da estrela do que a Terra do Sol)


76

Sumário das técnicas de detecçãoObservável Júpiter Terra Possíveldetectar

hoje?

DetecçãodiretaNão(Júpiter)Não(Terra)separaçãoangularnocéu 1arcsec 0,2arcsec

Razãodebrilhoestrela/planeta 10-9(V)/10-4(IR) 10-10(V)/10-6(IR)

Velocidaderadial 13m/s 3cm/s Sim(Júpiter)Não(Terra)Oscilaçãoastrométrica 1miliarcsec 0,6microarcsec

Trânsito

Precisãofotométrica 1% 0,01% Sim(Júpiter)Sim(Terra)Duração 25h 11h

Microlenteamento

Amplificaçãoa4kpc <10%(V) <1% Sim(Júpiter)Não(Terra)Duração <3dias <4h


Lunine (2005)

77

Sumário por técnica de detecção


MÉTODO PLANETAS SISTEMAPLANETÁRIO

SISTEMACOMMÚLTIPLOSPLANETAS

VELOCIDADERADIAL 804 596 145

PULSARES 33 27 5

LENTEAMENTO 89 84 3

IMAGEAMENTO 116 96 3

TRÂNSITO 2901 2179 473

ASTROMETRIA 6 1 0

TransitTimingVariation(TTV) 9 8 1

OUTROS 15 14 1

Exoplanet.eu


https://www.nasa.gov/image-feature/ames/kepler/exoplanet-populations

79

Super-Terras

þ  Objetos com até cerca de 10 MTerra (mini-Netunos…)

þ  Observações indicam que eles devem ser comuns em torno de estrelas mais frias que o Sol (tipos espectrais K e M)

þ  Formação e evolução: novos modelos de formação planetária (devido à diversidade de posições em relação à estrela hospedeira)?

þ  Janeiro de 2019: cerca de 100 objetos encontrados


Raghighipour, Ann. Rev. Earth and Plan. Sciences (2013)

80

Super-terras þ  Mecanismo de formação: disco circunstelar que evolui a partir de

partículas de poeira para objetos maiores (nebulosa protoplanetária).

1.  coagulação de partículas de poeira através de batidas suaves e colagem, o que resulta na formação de objetos do tamanho de centímetros e decímetros;

2.  crescimento de corpos do tamanho de centímetros e decímetros para planetesimais do tamanho de um quilômetro;

3.  colisão e acreção de planetesimais a embriões planetários (objetos do tamanho de lua a estrela) na parte interna do Sistema Solar e nos núcleos de planetas gigantes nas partes externas; e

4.  acréscimo de gás e formação de planetas gigantes, seguido do crescimento colisional de embriões planetários para corpos de classe terrestre


82

Migrações de super-Terras


https://www.fis.unam.mx/~masset/moviesmpegs.html

83

Migrações de super-Terrasþ  Efeitos importantes

ü  Em estrelas do tipo solar, planetesimais podem permanecer no disco protoplanetário durante a migração de um planeta gigante, sendo acretados a ele, ou aglutinar-se em embriões protoplanetários para formar uma super-Terra

ü  Em estrelas menores, os planetesimais são ejetados do disco durante a migração do planeta gigante para dentro do sistema planetário

ü  A presença de pequenos planetas próximos à estrela hospedeira pode ser explicada por um “espalhamento” para dentro, a partir de órbitas externas, ou por uma ressonância na migração do planeta gigante, sendo arrastado para dentro com ele.

Carlos Alexandre Wuensche (INPE, 2018)Raghighipour, Ann. Rev. Earth and Plan. Sciences (2013)



Note as ressonâncias a partir de 1000 anos, que vão acabar ejetando os planetesimais, impedindo que eles se aglutinem para formar mais super-Terras.

86

Magnetosfera de exoplanetas

þ Qual o interesse?

ü Detecção

ü Caracterização além do espectro

ü Massa, taxa de rotação, satélites, dinâmica atmosférica, estrutura interna

ü Habitabilidade?



Emissões aurorais…

90

COROT


þ Objetivos científicosü  Estudar a estrutura interna de estrelas usando técnicas

fotométricas.

ü  Detecção de planetas orbitando em torno de estrelas, por meio de medidas na flutuação da intensidade da luz.

Participação brasileira em ordem alfabética: INPE, LNA, ON, UFMG, UFRGS, UFRJ, UFRN, UFSC, U. Mackenzie, USP

MISSÕES RECENTES

91

O Satélite KEPLER



4760

2330

2165 eclipsing

binary stars

93

DarwinESA

Terrestrial Planet Finder NASA

51



94

Proxima Centauri b

þ O exoplaneta rochoso mais próximo da Terra

þ Estrela Hospedeira: anã vermelha (0,15 MSol)

þ Período anual: 11,2 dias

þ Massa: 1,3 MT

þ Distância: 4,2 anos luz

þ Distância à estrela: 7,5 milhões de km

þ G. Anglada-Escudé et al. Nature (2016)Carlos Alexandre Wuensche (INPE)

95

Créditos: ESOCarlos Alexandre Wuensche (INPE)

96Carlos Alexandre Wuensche (INPE)Créditos: ESO

97

þ  Medidas de trânsitos planetários

þ  Medidas de atmosferas planetárias

þ  Caracaterização de objetos e atmosferas

þ  Busca de bioassinaturas, a partir da confirmação das condições de habitabilidade

O futuro

Disco protoplanetário medido pelo telescópio ALMA

Carlos Alexandre Wuensche (INPE)Créditos: ESO

98

FIM DA AULA 5


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