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El Origen de los Planetas
y de las Estrellas
Formación de Estrellas y Planetas
5 de Setiembre de 2008
Dra. Mercedes Gómez
Feria del Libro – Academia de Ciencias
Formación Estelar
y Planetaria:
¿Etapas de un mismo proceso?
Desde las Nubes Moleculares hasta los Planetas
Log Densidad (p cm-3)
25
Tierra
20
Estrella
15
10
Disco
Núcleo
5
Nube
1
3
1
-3
-6
Log Tamaño (pc)
-9
-12
Nubes Moleculares
Nubes Moleculares.
Oscuras
Nubes Moleculares: Orion
Morfología de discos proto-planetarios:
¿Método indirecto de detección de planetas?
Formación de Planetas en Discos de Estrellas Jóvenes
Formación de planetas en discos proto-planetarios
Formación de planetesimales, asteroides y cometas
El Sistema Solar
RSol = 696000 km
RJup = 713000 km
RTierra = 6378 km
Planetas gaseosos
Júpiter
Saturno
Urano
Mercurio
Planetas
rocosos
Venus
Neptuno
Tierra
Marte
¿Cómo son los planetas fuera del Sistema Solar?
El Sol en La Vía Láctea
™En la Galaxia
hay 200.000 Millones de Estrellas.
El Sol es una de ellas.
™Sabemos que el Sol
posee un planeta tipo ``Tierra´´.
™¿Cuántas otras ``Tierras´´ hay en nuestra Galaxia?
2
Distancias a las cinco estrellas más próximas
Nombre
Distancia
[año luz]
Distancia
[km]
Proxima
Centauri
4.22
39 900 000 000 000
αyβ
Centauri
4.35
41 200 000 000 000
Barnard
6.0
57 000 000 000 000
Wolf 359
7.8
740 000 000 000 000
Lalandi
21185
8.2
780 000 000 000 000
Velocidad de la luz = 300 000 km/seg
Las estrellas son miles de millones
de veces
másmás
brillantes
de veces
brillantes
¿Imagen directa?
que los planetas
escondidos en el
fulgor de la estrella
como esta luciérnaga
Sol
Tierra
Planetas en otras estrellas
Métodos indirectos de decteción
Medición de Velocidades
Radiales de Alta Precisión
Efecto Doppler
El cambio de ``color´´ o de longitud de
onda de la radiación es muy sutil
(∼ 10-4 Å o 10-11 cm)
Efecto Doppler
Velocidades radiales de alta
precisión: Efecto Doppler
Desplazamiento Doppler de la estrella
Espectro de calibración
Planeta no visible
Júpiter + Saturno
Masa
[MTierra]
Período
[años]
Semi-eje
[UA]
VR
[m/s]
0.05
0.24
0.39
0.008
Tierra
1
1
1
0.09
Júpiter
318
11.9
5.2
12.4
Saturno
95
29.5
9.5
2.8
Neptuno
17
164.8
30.1
0.28
Planeta
Mercurio
1 UA = 150 000 000 km
Precisión standard ∼ 3 m/s
Prescisión optimista ∼ 0.5 m/s
``Hot Jupiter´´ 51 Peg
Estrella
Distancia 48 años luz
V
5.49
Tefef
5500 ooC
Planeta
Mseni 0.468(±0.007) MJup
Jup
a
P
0.052 UA
4.23077(±0.00005) días
e
0
MJup = 318 MTierra
aMercurio = 0.39 UA
1 UA = 150 000 000 km
T > 700 oC ⇒ difícilmente
puedan albergar algún tipo
de vida
HD 14926b T > 2000 ooC
Tres veces más caliente que Venus
El planeta
pierde masa
a razón
de 10 000
toneladas
por segundo
El planeta pierde masa
Tránsitos Planetarios
La estrellas es eclipsada por el planeta
Tránsitos Planetarios
Intensidad
Tiempo
Tránsitos de Júpiter y de la Tierra
Júpiter ~1%
Tierra ~0.01%
HD 209458
Estrella
Distancia 47 pc
V
7.65
Tef
5942 K
Planeta
M
0.69±0.05 Mjup
a
0.045 AU
P
3.52474859
±0.0000038 días
e
0.07
R
1.40 ±0.17 RJup
ρ
0.31 ± 0.07 g/cm3
i
86.1o ± 1.6o
ρSaturno = 0.70 g/cm3
Charbonneau
Charbonneau et
et al.
al. (2000),
(2000),
Henry
Henry et
et al.
al. (2000)
(2000)
Migración planetaria:
Los ``Hot Jupiter´´ no
se formaron ``in-situ´´
Técnica de
Velocidades Radiales:
292 planetas,
29 sistemas
planetarios múltiples
Tránsitos Planetarios:
52 planetas
Semi-eje Mayor [UA]
Sistemas
Planetarios
Múltiples
Hoy son 29 los sistemas múltiples
Semi-eje Mayor [UA]
55 Cnc
Distancia
44 años luz
V
5.95
T
5000 C
Compañera binaria
Enana Marrón o
Estrella de Muy Baja
Masa a 1000 UA de
distancia
Mseni
216.9 MT
53.7 MT
1218.9 MT
10.8 MT
45.8 MT
a
0.115 UA
0.24 UA
5.77 UA
0.038 UA
0.781 UA
e
0.014
0.086
0.025
0.07
0.2
P
14.6 días
44.3 días 5218 días
2.8 días
260 días
MNep = 17 MT
TSol =5500 C
55 Cnc
Quinto Planeta en la zona
habitable de 55 Cnc
Zona de Habitabilidad ⇒ Presencia de
Agua Líquida en la superficie del planeta
Sistemas binarios
Estrella
secundaria
Estrella primaria
Planeta orbita
la componente
primaria,
en general
similar al Sol
Planeta
Compañera estrella,
más fría que el Sol
Sistemas
triples
Compañero
sistema bina
Estrella primaria
con el planeta
“Discos de
Circunetelares”
La morfología de algunos
de los discos sugiere
β Pictoris
(1-2μm)
AU Mic
(1-2μm)
Presencia de planeta/s
HD 141569 (0.5μm)
Fomalhaut (0.5μm)
HD 53153
HD 139664 (0.5μm)
ε Eridani (450 y 850μm)
``Agujeros´´
en los Discos
Circunestelares
Fomalhaut: Disco Circunestelar
Estrella
Tef = 8450 oC
d = 2.4 años luz
V = 1.16
Disco
Rin= 133UA
Ancho = 25UA
E-D = 15.3UA
Kalas et al. (2005)
El cinturón de Kuiper del
Sistema Solar y la Luz
Zodiacal
Cinturones de
Kuiper en otras
estrellas
Meyer et al. (2004)
Estrella con anillo de polvo
HD 69830
Distancia
40 años luz
V
5.95
Tef
5100 oC
Cinturones de Kuiper
en otras Estrellas
Beichman et al. (2006)
HD 69830
Planeta en zona habitable
Planetas
Radio del cinturón = 0.3-0.5 UA
Mseni
10.2 MTierra
11.8 MTierra
18.1 MTierra
a
0.00785 UA
0.186 UA
0.630 UA
8.667 días
31.56 días
193 días
0.10
0.13
0.07
Masa del cinturón = 1000 MKuiper P
e
Lovis et al. (2006)
Sol
MSolMasa
= 1000 MJup
Estrella de Baja
M > 80 MJup
Enana Marrón
15 MJup < M < 80 MJup
Planetas
M < 15 MJup
Enanas Marrones
M enana marrón ∼ 25 MJup
M planeta ~ 5 MJup
b enana / b planeta ∼ 100
Chauvin et al. (2004)
PLANEMOS
Planetary Mass Objects
PLANEMO
Free Floating Planets
Planetas Libres
Los planetas comunes orbitan alrededor de un
``FUSOR o Sol´´
Los PLANEMOS no
orbitan alrededor de
ningún Sol
Los PLANEMOS son
planetas ``libres´´que no
orbitan alrededor de
ningún ``FUSOR´´
Planetas libres
en σ Orionis
Función Inicial de Masa
La mayoría de los planetas conocidos son
demasiados fríos o calientes para albergar vida
¡Demasiado
caliente!
Temperatura
adecuada
¡Demasiado
frío!
Muchos de ellos tienes órbitas muy elípticas o
están muy cerca de su estrella central
Los planetas descubiertos
son similares a Júpiter
Lo que
buscamos
Lo que
encontramos
Júpiter es 11 veces más grade que la Tierra y su
masa es más de 300 veces mayor
Planeta rocoso en la zona de habitabilidad de su estrella
Búsqueda de planetas de tipo Tierra
La búsqueda de los planetas
tipo Tierra
Keck Interferometer
Large Binocular Telescope Interferometer
Kepler
Spitzer Space Telescope
… desde
tierra y el
espacio …
Space Interferometry Mission
Terrestrial Planet Finder
19
Misión Kepler (USA)
Fecha de lanzamiento Febrero 2009
Misión óptica
(0.5-1.0 μm)
Tránsitos Planetarios
Planetas
Planetas de
de tipo
tipo Tierra
Tierra
Kepler: Algunas Características
™
™
™
™
™
™
™
™
™
Telescopio = 95 cm.
CCD con un campo de 105 grados cuadrados.
Monitoreo de 100,000 estrellas.
4 mediciones por objeto.
Duración de la Misión = 4 años ⇒ Mide 4 Tránsitos de un
Planeta tipo Tierra a 1 UA de su Sol.
Rango dinámico ⇒ V = 9 – 15 mag.
Precisión V = 12 ± 0.00001 mag.
Eclipse de Tierra Δm = 0.0001 mag con una duración de 2 a
16 hs.
Eclipse: Repetitivos y Δm = CTE.
Campos de KEPLER
Tránsitos
™ Para que un tránsito ocurra la inclinación orbital debe
ser cercana a 90o; tag i > a/R* donde a es el semieje del
planeta y R* el radio de la estrella. Por ejemplo para un
planeta con 1RJup, orbitando a 0.1 UA, i debe estar entre
87.3o y 90o.
™ Para orientaciones al azar P(i´ -- 90o) = cos i´.
™ Sólo el 4.7% de los ``Hot Jupiter´´ tendrán tránsitos.
™ Sólo el 5% de las estrellas de tipo solar tienen ``Hot
Jupiter´´.
™ 0.05 x 0.047 ~ 0.00235 ⇒ Sólo ~ 2 en 1000 estrellas
tendrán tránsitos. Para detectar tránsitos es necesario
observar varios miles de estrellas.
DARWIN (ESA)
TPF – Terrestrial
Planet Finder (NASA)
``Proyecto´´
Búsqueda en el
infrarrojo medio de
Planetas tipo Tierra en
estrellas cercanas
Infrarrojo medio (5-20 μm)
Darwin/TPF : Algunas
Características
™4 o 5 naves con 3 o 4 telescopios de
3-4 m en n-1 naves y una nave
central.
™Imágenes de alta resolución y
espectroscopía de planetas extrasolares.
™ Modo coronográfico.
Espectroscopía
de Planetas
Extra-solares
Condiciones físicas
en las atmósferas
de los planetas
Coronógrafo
Coronógrafo
Conclusiones
™En la Galaxia existen muchos tipos
de sistemas planetarios.
™¿Es único nuestro Sistemas Solar o
por el contrario existen otros como
el nuestro?
El desafío de los próximos años será
justamente tratar de colocar a Nuestro
Sistema Solar en ``contexto´´. Es decir,
responder fehacientemente la pregunta
¿Cuántos sistemas planetarios como el
nuestro existen en la Galaxia?
¡Muchas
Gracias!