GRUPPO DI ASTROFISICA DELLE ALTE ENERGIE Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica Roma.
Istituto Nazionale di Astrofisica
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Istituto Nazionale di Astrofisica
Osservatorio astronomico di Brera
Universo in fiore – Corso base 2012-2013
23 gennaio 2013
I pianeti extrasolari
Mario Carpino
Osservatorio Astronomico di Brera
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Ordini di grandezza
Distanza
Luminosità
Massa
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Unità di distanza
1 Unità Astronomica (AU) = 1.496 × 108 km = 149.6 milioni di km (dimensioni del Sistema Solare ≈ 30-40 AU)
1 anno luce = 63241 AU(distanza stella più vicina ≈ 4.22 anni luce)(diametro della Galassia ≈ 105 anni luce)(distanza della galassia più vicina ≈ 2 × 106 anni luce)
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LuminositàLa scala di magnitudine
m = -2.5 log10 L/L0
5 magnitudini = luminosità x 100
Magnitudine (“grandezza stellare”) = luminosità della stella espressa in scala logaritmica
Oggetto Magnitudine apparente
Sole -27
Luna piena -13
Venere -4
Stelle più luminose -1, 0
Limite occhio nudo 6 (???)
Limite telescopio 10 cm 13
Limite HST 30
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Massa: unità di misura e limiti
massa terrestre (ME) = 5.97 × 1024 kgmassa di Giove (MJ) = 318 ME
massa del Sole (MS) = 333000 ME = 1047 MJ
pianeta: M < 13 MJ nana bruna: 13 MJ < M < 70-80 MJ
stella : 70-80 MJ < M
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Stella, nana rossa, nana bruna, pianeta
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Tappe della scoperta1984: anello di polveri attorno a Pictoris
1988: prima scoperta di un pianeta extrasolare ( Cephei, conferma 2003)
1992: primo pianeta attorno a una pulsar
1995: prima scoperta sicura (51 Pegasi)
2004: prima osservazione ottica diretta
2013: 859 pianeti, 676 sistemi planetari
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Anelli di polvereattorno ad altre stelle
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Anelli di polvereattorno ad altre stelle
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Anelli di polvereattorno ad altre stelle
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Meccanismo di formazionedei sistemi planetari
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Formazione del Sistema Solare - 1
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Formazione del Sistema Solare - 2
Collassando la nube accelera la sua velocità di rotazioneper la conservazione del momento angolare
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Formazione del Sistema Solare - 3
Formazione del disco (veduta laterale)
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Formazione del Sistema Solare - 4
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Formazione del Sistema Solare - 5
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Struttura del Sistema Solare
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Struttura del Sistema Solare
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Differenze di composizione interna
pianeti “terrestri”(interni)
pianeti “giganti”(esterni)
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Gradiente di temperatura
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Metodi di detezione
spettroscopia (velocità radiale) fotometria (occultazioni) ritardi nei segnali di pulsar astrometria di precisione microlensing gravitazionale immagini dirette:
ottiche adattive interferometria (da terra e dallo spazio) immagini nell’infrarosso termico
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Misure di velocità radiale(effetto Doppler)
Metodi di detezione
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Ma è proprio vero che il Sole è immobile?
I pianeti si muovono attorno al Sole
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M1 R1 = M2 R2
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Stella
Pianeta
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Stella
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Scomposizione spettrale della luce
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Scomposizione spettrale della luce
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Radiazione di corpo nero
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Spettri di alcuni elementi chimici
Spettro della luce solare
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Effetto Doppler(la frequenza dipende dalla velocità radiale)
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Metodi di detezione
Effetto Doppler
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Effetto Doppler: aspetti quantitativi
La variazione di velocità radiale della stella:
1) è proporzionale alla massa del pianeta; 2) è maggiore per pianeti vicini alla stella (terza
legge di Keplero)
3) non dipende dalla distanza della stella da noi (ma …)
4) incertezza sull’inclinazione dell’orbita
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Metodo della velocità radiale
Permette di determinare:
• periodo orbitale• semiasse maggiore dell’orbita• massa (limite inferiore)• forma dell’orbita (eccentricità)
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Metodo fotometrico(occultazioni)
Metodi di detezione
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Metodi di detezione
Fotometria (occultazioni)
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Sistema HD209458
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Sistema HD209458
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Sistema HD209458
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Sistema HD209458
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Sistema HD209458
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Sistema HD209458
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Sistema HD209458
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Sistema HD209458
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Fotometria: aspetti quantitativi
La variazione di luminosità della stella:
1) dipende dal diametro del pianeta (non dalla massa)
2) non dipende dalla distanza del pianeta dalla stella
3) non dipende dalla distanza della stella da noi (ma …)
4) suggerisce l’inclinazione dell’orbita
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Metodo fotometrico
Permette di determinare:
• periodo orbitale• semiasse maggiore dell’orbita• diametro del pianeta• orientazione dell’orbita
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COROT (COnvection ROtation and planetary Transits)
(2007-2015?)
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COROT (COnvection ROtation and planetary Transits)
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Kepler(lancio: 6 marzo 2009)
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Kepler
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Osservazione diretta(ottico o infrarosso)
Metodi di detezione
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Effetto della turbolenza atmosfericasulla risoluzione dell’immagine
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Effetti della turbolenza atmosferica
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Miglioramento della risoluzione dell’immagineper mezzo di ottiche adattive
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Metodi di detezione
Ottiche adattive
(ottica adattiva) (telescopio spaziale)
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Pianeta 2M1207 b
Distanza: 170 anni luce
Scoperta: 2004
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Pianeta 2M1207 b
Massa: 4 MGiove
Raggio orbitale: 45-50 AU
Forte emissione infrarossa (contrazione gravitazionale)
La stella è una nana bruna (25 MGiove)
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Pianeta 1RXS1609 b
Distanza: 500 anni luce Scoperta: settembre 2008 Conferma: luglio 2010
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Pianeta 1RXS1609 b
Massa: 14 MGiove
Raggio: 1.7 RGiove
Raggio orbitale: 330 AU
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Sistema planetario di HR 8799
Distanza: 130 anni luce Scoperta: novembre 2008 (telescopio Keck, Hawaii)
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Sistema planetario di HR 8799
Distanza: 130 anni luce Scoperta: novembre 2008 (telescopio Gemini, Hawaii)
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Sistema planetario di HR 8799 (quarto pianeta)
Distanza: 130 anni luce Scoperta: dicembre 2010 (telescopio Keck II, Hawaii)
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Sistema planetario di HR 8799
Pianeta Massa (MJ)
Raggio(RJ)
Distanza (AU)
b 7 1.1 68
c 10 1.3 43
d 10 1.2 27
e 9 15
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![Page 67: Istituto Nazionale di Astrofisica](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022062814/568166ba550346895ddac173/html5/thumbnails/67.jpg)
Pianeta Fomalhaut b
Massa: 2 MGiove
Raggio orbitale: 115 AU
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Metodi astrometrici
Metodi di detezione
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Metodi di detezione
Astrometria
Spostamento del Sole causato dal moto orbitale di Giovevisto da una distanza di 10 parsec
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![Page 71: Istituto Nazionale di Astrofisica](https://reader036.fdocumenti.com/reader036/viewer/2022062814/568166ba550346895ddac173/html5/thumbnails/71.jpg)
Alcuni esempi
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Sistema HD187123
M sinI = 0.52 MGiove a = 0.042 AU periodo = 3.09 d e = 0.03
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Sistema 16 Cyg B
M sinI = 1.5 MGiove a = 1.72 AU periodo = 804 d e = 0.63
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Seconda legge di Keplero
(velocità areolare costante → velocità lineare maggiore al periastro)
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densità = 1/3 dell'acqua
Sistema HD209458
M = 0.71 MGiove a = 0.045 AU periodo = 3.5 d R = 1.38 RGiove
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Sistema HD209458
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Sistema HD209458
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Sistema Andromedae
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Sistema Andromedae
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Sistema Andromedae
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Statistica dei sistemi trovati finora(gennaio 2013)
676 sistemi planetari
859 pianeti
128 sistemi multipli
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Le teorie tradizionali di formazione planetaria
● la differenza di temperatura crea un gradiente chimico:● Sistema Solare interno: elementi pesanti, pianeti piccoli● Sistema Solare esterno: elementi leggeri, pianeti giganti
● come si formano i "Giovi caldi" ?● migrazione di pianeti esterni?
● frizione nel protodisco?● incontri ravvicinati?
● formazione in loco per instabilità gravitazionale?
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Bibliografia
• Wikipedia (inglese!)• The Extrasolar Planet Encyclopedia (exoplanet.eu)
• Iris Fry, L’origine della vita sulla Terra, Garzanti (2002, orig. 2000)