Astronomia
Lezione 28/10/2011
Docente: Alessandro Melchiorri
e.mail:alessandro.melchiorri@roma1.infn.it Slides: oberon.roma1.infn.it/alessandro/
Libri di testo:
- An introduction to modern astrophysics B. W. Carroll, D. A.
Ostlie, Addison Wesley
- The Physical Universe, an introduction to Astronomy F. Zhou, University Science Books
- Elementi di Astronomia, P. Giannone.
Riassunto
• Binarie Visuali
• Binarie Spettroscopiche
• Binarie ad eclissi o fotometriche
• Binarie astrometriche
I Sistemi Binari si suddividono in
• Binarie Visuali
• Binarie Spettroscopiche
Se orbita circolare:
• Binarie ad eclissi o fotometriche
Binarie visuali:
Per vederle le due stelle devono essere distanti. Periodi lunghi quindi orbite grandi.
Binarie Spettroscopiche:
Si vedono variazioni nello spettro. Periodi corti. Le stelle sono vicine.
Binarie ad Eclissi:
Le stelle sono molto vicine (cambiamento di magnitudine in pochi giorni) e Le eclissi sono piu’ statisticamente probabili piu’ le stelle sono vicine.
Periodi piccoli quindi orbite piccole.
Pianeti extra-solari (exoplanets)
Un pianeta extrasolare (o exopianeta, o esopianeta) è un pianeta non appartenente al sistema solare, orbitante cioè attorno a una stella diversa dal Sole.
Ad ottobre 2011 ne sono stati individuati 694.
Vi sono due metodi principali di individuazione dei pianeti extrasolari:
Velocità radiali: Questo metodo è conosciuto anche col nome di metodo Doppler. Le variazioni nella velocità con cui la stella si avvicina o si allontana dalla Terra — questa velocità è definita appunto comevelocità radiale della stella rispetto alla Terra — possono far dedurre la presenza di un pianeta, a causa di sbilanciamenti dellalinea spettrale della stella, in accordo con l'effetto Doppler. Col passare del tempo, questa è diventata la tecnica più produttiva usata dai "cacciatori di pianeti". Con questo metodo si possono determinare la massa e il peso di un pianeta
extrasolare.
Metodo del transito: Se un pianeta attraversa (o transita) di fronte alla propria stella, allora è osservabile una riduzione della luminosità della stella eclissata. L'ammontare della variazione dipende dalla dimensione del pianeta e della stella stessa. I pianeti extrasolari si distinguono dalle stelle variabili a eclisse dal fatto che nella curva di luce dei primi c'è un'unica variazione, nelle seconde invece le variazioni sono due. Con questo metodo si possono determinare le dimensioni del pianeta extrasolare.
Metodo delle Velocita’ Radiali
E’ essenzialmente identico al metodo delle Binarie Spettroscopiche a singola riga.
Ovviamente adesso la massa del pianeta e’
Molto piu’ piccola di quella della stella.
Le variazioni sono dell’ordine di m/s mentre per le binarie spettroscopiche (vedi
Figura sotto) sono dell’ordine di km/s.
Con questo metodo e’ stato scoperto
Nel 1995 da Michel Mayor e Didier Queloz il primo pianeta orbitante intorno ad
una stella di sequenza principale:
51 Pegasi B.
Come abbiamo visto che per una binaria spettroscopica a singola riga, si ha:
Il termine a sinistra fornisce quindi un limite inferiore alla massa del pianeta.
Il raggio dell’orbita ci viene dalla III legge di Keplero (conoscendo la massa della stella):
m m m i m m i
G v
P
pp
p 3
2 3 3
2
* 3 3
*
sin sin
2
*
2/33 / 1 2 3 *
* 2 3
* 2 2
4 4
4 Gm P
a Gm a
m a m
P G
p
Attenzione ! I pianeti trovati con tecniche doppler sono in generale molto vicini alla Stella e hanno orbite con grosse eccentricita’ (al contrario delle stelle binarie che hanno piccole eccentricita’).
Velocita’ radiale di 14 Herculis.
Effetto dei pianeti del sistema solare sulla velocita’ radiale del Sole
Per pianeti di taglia terrestre toccherebbe andare a sensibilita’
dell’ordine del cm/s. Al momento irraggiungibile.
Si è scoperto che il pianeta orbita intorno alla propria stella in circa 4 giorni terrestri, che è molto più vicino al proprio sole di Mercurio, che ha una temperatura stimata di 815 gradi Celsius, una velocità orbitale di 136 km/s e che la massa stimata (nel suo limite inferiore) è circa la metà di quella di Giove, cioè è pari a circa 140 volte la massa della Terra.
51 Pegasi b
Gliese 581 c è un pianeta extrasolare che orbita attorno alla nana rossa Gliese 581,una debole stella visibile nella costellazione della Bilancia; si tratta del secondo pianeta scoperto attorno alla stella e del terzo in ordine di distanza da essa.Con una massa minima circa 5,6 volte la massa terrestre (M⊕), il pianeta è classificato tra le super Terre, categoria in cui sono annoverati i pianeti la cui massa è compresa tra 1,9 e 10 volte la massa del nostro pianeta.
Subito dopo la sua scoperta, Gliese 581 c ha suscitato l'interesse della comunità scientifica in quanto era considerato il primo esopianeta simile alla Terra ad orbitare nella zona abitabile del suo sistema planetario, con una temperatura superficiale probabilmente idonea a mantenere l'acqua allo stato liquido, il che lo
avrebbe reso potenzialmente abitabile. Tuttavia una serie di studi successivi hanno mostrato che Gliese 581 c si trova più internamente rispetto alla zona abitabile, e che dunque risulterebbe troppo caldo per permettere l'esistenza di acqua allo stato liquido sulla sua superficie
Tutti i pianeti extrasolari scoperti al 31 agosto 2004 (ascisse semiasse maggiore, ordinate masse gioviane):
I puntini blu rappresentano pianeti scoperti con il Metodo delle Velocità radiali.
In rosso quelli con metodo del transito (nel 2004, ora pero’ le cose stanno cambiando).
Metodo dei transiti
Esattamente come nel caso delle binarie a eclisse, quando un pianeta passa davanti alla stella abbiamo una diminuzione della luminosita’.
La diminuzione e’ molto minore (dell’ordine del percento). L’occultamento del pianeta da parte della stella produce una variazione MOLTO minore. Il pianeta deve stare
Molto vicino alla stella. La probabilita’ di vedere a caso un transito per un pianeta come la terra a distanza di 1 AU e’ 0.5%: e’ necessario vedere molte stelle.
Il metodo pero’ permette di misurare il raggio del pianeta, la sua temperatura e osservare la sua atmosfera.
HAT-P-2b è un pianeta extrasolare che orbita intorno alla stella HD 147506. È il pianeta extrasolare più massivo scoperto finora (circa 8.5 volte Giove anche se poco piu’ grande). Dista dalla Terra 440 anni luce e ogni cinque giorni per 15 ore il pianeta transita davanti alla stella. La gravita’ sulla sua superficie e’
24 volte quella sulla terra e approssimativamente come quella sul Sole.
Corot-7B.
Dalla profondità delle eclissi osservate si è dedotto un raggio del pianeta pari a 1,58 volte quello della Terra.
La massa del pianeta è stata stimata dopo alcuni mesi di osservazione con lo spettrografo HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher).
Le misurazioni sono imprecise per via della forte attività della stella madre, ma si è
potuto accertare che CoRot-7b è probabilmente di natura rocciosa, con densità simile o superiore a quella terrestre, e massa compresa tra 4,8 a 8,5 volte quella terrestre. E'stato il primo pianeta roccioso di taglia terrestre di cui si siano conosciuti sia raggio che massa.
Simulazioni al computer suggeriscono che la temperatura varia dai 2000° sul lato del pianeta esposto al sole ai -200° sul lato in ombra. La velocità orbitale è di circa 750 000 km/h ed il periodo di rivoluzione attorno alla stella è di sole 20,4 ore.
Missione Kepler (NASA)
La Missione Kepler è un satellite artificiale, chiamato Kepler, costituito da un fotometro e messo in un'orbita eliocentrica parzialmente sovrappostaa quella terrestre. E’ il primo strumento capace di cercare pianeti della
dimensione della Terra e anche più piccoli al di fuori dei confini del nostro sistema solare.
Esso infatti sarà in grado di osservare la luminosità di oltre 100.000 stelle per più di quattro anni. Osservando tale luminosità si potranno identificare eventuali pianeti grazie al metodo del transito.
Il telescopio Kepler è stato correttamente lanciato in orbita da Cape Canaveral alle 3:49 UTC del 7 marzo 2009.
Primi risultati: conferma di esopianeta su HAT-P-7 (con occultazione!)
I primi 5 pianeti scoperti da Kepler…
Il 2 Febbraio 2011, il team di Kepler ha annunciato i risultati dell’analisi dei dati presi Dal 2 Maggio al 16 Settembre 2009. Sono stati identificati 1235 candidati su 997 stelle.
Analisi indipendenti indicano che almeno il 90% di questi siano dei veri pianeti.
68 pianeti hanno una taglia di tipo terra, 288 super-terra, 662 tipo Nettuno, 165 tipo Giove e 19 fino a due volte la taglia di Giove. 54 pianeti sono nella cosidetta zona
abitabile. Circa il 74% dei pianeti sono piu’ piccoli di Nettuno (in contrasto con quanto si pensava prima dalle misure radiali che indicavano molti pianeti tipo Giove).
C’e’ un picco nella distribuzione per pianeti due-tre volte piu’ grandi della Terra e poi La densita’ scende in modo inversamente proporzionale all’area del pianeta.
5.4 % delle stelle ospitano pianeti delle dimensioni della Terra.
6.8% delle stelle ospitano pianeti delle dimensioni di due tre volte la Terra.
19.3% tipo Netuno.
2.55% tipo Giove o piu’ grandi.
17% delle Stelle hanno piu’ pianeti.
Periodicamente, il team di Kepler rilascia una lista di candidati (Kepler Objects of Interest, o KOI) al pubblico. Con questa informazioni un team di astronomi ha collezionato dati di
velocita’ radiali con lo spettrografo SOPHIE per confermare KOI-428b.
