Co je exoplaneta a co hnědý trpaslík? pro obě tělesa - jsou méně hmotné než hvězdy, ale mohou mít větší velikost! ❖ hnědý trpaslík -13 až 75-80 MJup- teoreticky mohou zapálit deuterium nebo lithium (ne trvale!) ❖ exoplanety - horní mez hmotnosti -13 MJUD Exoplaľiety (extrasolar planet) Existují planety také kolem jiných hvězd než Slunce? antika - myslitelé - proč ne? od 18. století - Lapiace, Kant - vznik Sluneční soustavy 1988 - planeta y Cep (hypotéza) 1989 -HD 114762b (potvrzeno až 1996) 1991/2 - A. Wolszczan, D. A. Frail - Arecibo - dva objekty 2.8 a 3.4 Mz u pulsaru PSR1257+12 1995 - M. Mayor, D. Queloz - těleso u 51 Pegasi (od r. 2016 planeta Dimidium) 2023 (12.12.) - 5558 exoplanet!, 4095 pl. SOUStav (např. Kepler 90 - 8 planet, HD 10180 - 7 planet+2 kandidáti; TRAPPIST-1 -7+1 planet ...)-zdroj: http://exoplanet.eu/cataloq/ NASA: 5557 exoplanet, 10028 kandidátů, 4270 soustav (12.12.2023) https://exoplanets.nasa.qov/discoverv/exoplanet-cataloq/ 2019 Nobelova cena Mayor & Queloz & Peebles Exoměsíce, exokomety, Rozmanité exoplanety Podle velikosti a vlastností • Plynní obři (exojupiter) - o velikosti Saturnu a Jupiteru a větší • Neptunu podobní (exoneptun) - velikost Uranu nebo Neptunu, s vodíkovou nebo héliovou atmosférou • Mini-neptun - menší než Neptun, ale větší než Země • Superzemě (superterran) - kamenné, hmotnější než Země, ale lehčí než Neptun; nemusí mít atmosféru • Terestrické (exozemě, terran) - o velikosti Země a menší (0,5 - 5 Mz nebo poloměru 0,8 -1,5 Rz), z kamenů a kovů, některé mohou mít oceány a atmosféru; např.: v sousedství pulsaru PSR1257+12, u Gliese 581 (kamenná, asi 1,5krát větší než Země), KOI 500 (1,3 RZ), Kepler 20e, Kepler 42b,d - menší než Země Podle trajektorie „horcí jupiteři" - exoplaneta Dimidium u hvězdy 51 Pegasi - velmi malá vzdálenost od hvězdy -> povrch (nejspíš plynná atmosféra) až 1000 °C; problém: zatím není plně v souladu s teorií vzniku planet excentričtí exojupiteři - tělesa s velice protáhlou dráhou, připomíná trajektorie krátkoperiodických komet; problém: tak velké excentricity se nečekaly; není jasné, jak je objasnit. bludné planety (rogue planet, isolated planetary-mass object, interstellar planet, nomad planet, free-floating planet, orphan planet) - desítky objektů, z toho 2 potvrzené (prosinec 2022); sdss ji 11010.01 +011613.1 (10-12 Mj, vzdál. 63 ly) a PSO J318.5-22, (5,5-8 Mj, vzdál. 80 ly) r 1 January 2018 ^ 3572 exoplanets (-2600 systems, -590 multiple) [numbers from NASA Exoplanet Archive protoplanetary disks debris disks/colliding planetesimals star accretion/pollution white dwarf pollution radio emission X-ray emission gravitational waves reflected/ polarised light HAT/HATS=88) Discoveries: 32 planets (20 systems, 5 multiple) existing capability 662 planets (504 systems, 102 multiple) | ■ ■ ■ projected 1 planet 0 system, 0 multiple) 53 planets (5J systems, 2 multiple) n = planets known 44 planets (40 systems, 2 multiple) discoveries 373 2789 planets (2053 systems, 474 multiple) foliow-up detections Príme pt™ míváni: Na stopě cizích planet hvříJa (II maji) v minulosti - přímé pozorování planet jiných hvězd není zatím možné. velký rozdíl jasností, malá vzdálenost. od 2004 už NEPLATÍ - Very Large Telescope planeta u hnědého trpaslíka 2M1207 * planeta (23 may) Jupiter u hvězdy Proxima Centauri obíhající ve vzdálenosti 780 milionů km k 12.12. 2023 - 234 exoplanet, 138 soustav hnědý trpaslík 2M1207 (modrý objekt) a jeho planeta (červeně) <■> 2020 - 1. snímek hvězdy slunečního typu s planetami Gravitační mikročočky B 266 exoplanet, 244 soustav (k 12. 12. 2023) Změna polohy hvězdy: Astrometrie - sledování pohybu vytypované hvězdy na hvězdné obloze: 22 planet (12. 12. 2023) Jupiter u hvězdy Proxima Centauri obíhající ve vzdálenosti 780 milionů kilometrů Timing - 49 exoplanet (12. 12. 2023) Pulsar - anomálie v pulzech pulzarů Proměnné hvězdy - odchylky pravidelných změn periodicky proměnné hvězdy Transit timing variation method (TTV) = změny okamžiků středů transitů; • u transitující exoplanety umožňuje objevit další členy planetární soustavy, případně další hvězdu v systému • velmi citlivá a použitelná i na velké vzdálenosti, kde RV nestačí • umožňuje určit max. hmotnost objektu => odlišit hvězdy, hnědé trpaslíky a planety • poprvé u dat z Keplera: Kepler19b TTV s amplitudou 5 min a periodou ~ 300 dní => další planeta Kepler 19c • k 12. 12. 2023 29 exoplanet dráha hvězdy s planetou 34 roků Radiální rychlosti - založeno na Dopplerově principu - využívá se posunu čar ve spektru mateřské hvězdy, - od 80./90. let 20. století - několik týmů, běžně 15 m/s, zlepšeno až na přesnost 0,1 m/s! (Jupiter- 12,5 m/s, Země 0,1 m/s) - dříve nejúspěšnější metoda (12. 12. 2023) - 1082 planet, 811 planetárních soustav 51 Peg_ELOD1E t-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-r Tau Boo Phased Orbit tUíM PLATOSPEC amatérský projekt, 40cm dalekohled Transity - pozorování přechodu exoplanety před mateřskou hvězdou; - nyní nejúspěšnější metoda - 3844 exoplanet, 2902 soustav, 608 soustav s více planetami (12. 12. 2023) - program se zapojením amatérů a menších dalekohledů - KEPLER, COROT, TESS, CHEOPS HAT = Hungarian-made Automated Telescope TrES = The Transatlantic Exoplanet Survey WASP = The Wide Area Search for Planets NGTS = Next-Generation Transit Survey XO, TRAPPIST, MASCARA aj. 0.33-|-,-1-.-1-.-,-.- 53-162.45 53462,50 53462.55 53462.60 53462.65 JD-2400000 17Ů.S 171.Ů 171.1 171.2 275.1 í73.2 273.5 273.4 27Í.S 4ÍS.0 425.1 425.2 -125.3 425.-1 Time [B J D - 2,455,000] -ia.e -le.s -ia.i -íe.a -ia.s Transit duration variation method (TDV) Změny trvání transitu - důsledek působení dalšího tělesa v soustavě nebo apsidální precese u excentrické planety (přítomnost další planety a důsledek OTR). První případ circumbinární planety Kepler 16b - objev potvrzen touto metodou Kepler-16b: transitující circumbinární planeta 10 0 fc s I -40 1 -60 Ě B0 17 28 Star A - - — f -J >■ \ Star B---- - \ \ f ** _ \ \ _^ H4 fl+l 0.0 Ľ' 2: 0.4 0.6 Orbital Phosc I.C 100 200 3fi0 Time [BJD - 2.455.000] 500 Variable Star and Exoplanet Section of Czech Aatronom ical Society --< ry\r; TKESCA Known transiters: 55 Cnc e CoRoT-1 CoRoT-10 CoRoT-11 CoRoT-12 CoRoT-13 CoRoT-17 b CoRoT-18 b CoRoT-19 CoRoT-2 CoRoT-20 CoRoT-3 CoRoT-4 CoRoT-5 CoRoT-6 CoRoT-7 b CoRoT-8 b CoRoT-9 GJ 12 14 GJ3470 GJ436 HAT-P-1 HAT-P-1 Q/WASP-11 b HAT-P-11 b HAT-P-12 b HAT-P-13 b HAT-P-14 b HAT-P-15 b HAT-P-16 b HAT-P-17 b HAT-P-18 b HAT-P-19 b HAT-P-2 b ETD ... compkle ... worldwide ... c on M n U o u s-l y growing ... Exoplanet Transit Database http://var.astro.ei/EID ETD - Exoplanet Transit Database Observers community | How to contribute to ETD | Model-fit your data | Transit predictions | KEPLER Transit predictions | KEPLER Candidates | CoRoT Transit predictions | CoRoT Candidates ETD is here to suply quickly and easily the list of all ever observed transits of transiting exoplanets to observers and researchers. Our database administrators are periodically checking for new transits - both in literature and in online internet sources. Each transit is stored with complete citations, link to the paper / on-line source URL. For each exoplanet, there is available graphical output of relations: - transit TIMINGS vs. EPOCH transit DURATION vs. EPOCH - transit DEPTH vs. EPOCH and - list of available transits. Data quality is rated for each observation and the DQ index is taken into account while plotting graphs. Tools for observers : - Observers can plot their own observations in diagrams - Model-fitting of transit observation and finding out parameters HJDmid. Depth, Duration - Global transit predictions. OBJECT CON&T # OF DATA TIME SPAN FROM - TILL LAST CHANGES (DAYS) 1 55 Cnc e Cnc 1 2011-02 2011-02 04, Hay 2011 (586] 2 CoRoT-1b Man 60 2007-02 2012-03 05, Mar2012 (280) 3 CoRoT-10 b Aql 1 2007-06 2007-06 16. Jim 2010 (908) 4 CoRoT-11 b Ser 4 2008-05 2012-06 28. Jun 2012 (165) 5 CoRoT-12 b Man 2 2007-10 2012-01 26, Jan 2012 (319) 6 CoRoT-13 b Man 1 2008-11 2008-11 16. Jun 2010 (908) 7 CoRoT-17 b Set 1 2009-04 2009-04 29. Jun 2011 (531) What's new: Archive 2A12-11-1S : nová tranzitu j ů ca exoplanEta nedávno publikovaná byla přidána do ETD: WASP-71 b 2012-11-12 : 5 tra nzitujících Exoplanet nedávno publikovaných bylo pridano do ETD: WASP-Ď2b. WASP-oBb. WASP-59b, WASP-6Qb a KELT-Sb Přihlásit! k Facebookij. Chcete-li používat pluginy pro sociální síť, musíte se přihlásit □ ETD - Exoplanet Transit Database li To se mi libí ETD Družicový výzkum Kepler K2 4 T 2006-2013 - COROT (Convection, Rotation and planetary Transits) na oběžné dráze družice (33 exoplanet a cca 600 kandidátů), 2009-2014 - družice Kepler - (2778 potvrzených, 1984 kandidátů k ověření; 30 exozemí v obyv. zóně) Mise K2 - 548 potvrzených (977 kandidátů k ověření) Obě prováděly nezávisle přesnou fotometrii vybraných hvězd a hledaly exoplanety pomocí jejich tranzitů přes disk mateřské hvězdy (počty exoplanet k 13.12. 2023). TESS (od 2018) - 410 potvrzených exoplanet, 6996 kandidátů (12.12. 2023) https://exorJlanets.nasa.gov/tess/ Další projekty: CHEOPS (2019), PLATO (2026), Twinkle (2024), ARIEL (2028), RST (2026-7) ... exoplanety z dat družice KEPLER Výsledky družice KEPLER 2011 objev kolem hvězdy KOI-730 dvě planety v jedné trajektorii! 2011 - první planety velikosti Země 2011/2012 nová třída exoplanet jako Tatooine obíhají kolem dvojhvězdy (190 k 12.12. 2023) https://exoplanet.eu/planets binarv/ dnes i ve vícenásobných soustavách 2013 - 1. odhad počtu exoplanet z pozorování - 40 mld. exozemí kolem sluncí zónách života v Galaxii 2015 - KIC 8462852 (Tabbyina nebo Boyajianové hvězda) - nezvyklé změny jasnosti - zákryty kometami, civilizace... Kepler-20e Venus Earth Kepler-20f • i f í Keplerův orloj IV B http://www.astro.cz/apod/ap151205.html 63 exoplanet v zónách života (12.12. 2023) 1 exomars, 23 exozemí, 39 superzemí katalog Potentially Habitable Exoplanets Sorted by Distance from Earth [4.2 ly] Proxima Cen b i [12 ly] Teegardpiťs Star b [41 ly] TRAPPISM e [301 ly] Kepler-1649 c i*- [11 ly] Ross 128 b [161y] GJ 1002 b [12 ly] GJ 1061c [16 ly] GJ 1002 c [41 ly] TRAPPISM f [41 ly] TRAPPISM g [545 ly] Kepler-296 e [579 ly] Kepler-186 f [12 ly] GJ1061 d [24 ly] GJ 667 C e Q W W [102 ly] T0I-700 d [866 ly] KepLer-1229 b [12 1y] GJ 273 b [24 ly] GJ 667 C f Vr [1061y] LP 890-9 c [961 ly] KepLer-62 f [121y] Teegarden's Star c [41 ly] TRAPPISM d [2171y] K2-72 e [11941y] Kepler-442 b Jupiter Artistic representations. Earth, Mars. Jupiter, and Neptune for scale. Distance from Earth in light years (ly) is between brackets. CREDIT: PHL @ UPR Arecibo (phl.upr.edu) Jan 5.2023 exozemě v zónách života? - např. u Gliese 581 - obíhá kolem mateřské hvězdy ve vzdálenosti, která by mohla zajistit přítomnost vody v kapalném stavu na povrchu planety problém: jsou tam? Hledání další Země Atmosféry exoplanet jlr-.net spectrum B - A Photochemistry in the Atmosphere of Exoplanet WASP-39 b PnotpdissQCtation of Water Photons from nearby slar 1 ^— interact with abundant water a ( \ inoiecuies in the exoplanet V almospheie lo produce -V^ ^Jr hytfrojcirJe (OHf and atomic hydrogen (h}. _ ✓""^^V- Of J _ _ OH and H react wi! ^^^K CX3 sulfide in a senes o ^^^^ Hydrogen is slhppe oxygen added. Eo p ^^^^ dioxide in Ihe exopl Sulfur Dioxide produced through photochemistry Hydrogen Sulfide abundant in atmosphere A Chain of Reactions OH and H react wish hydrogen sulfide in a series of steps. Hydrogen is stripped, then oxygen added, Co produce sulfur dioxide in the exoplanet's atmosphere. Hydrogen molecules and atoms are released as a by-product. Leg an d Hydrogen Sulfur Photon Oxygen HOT GAS GIANT EXOPLANET WASP-9Ď h ATMOSPHERE COMPOSITION N1RISS I Singre-Qbiect sih^ss Spegiioscopv hoi gasgiant exopuhet wasp-3q i] ATMOSPHERE COMPOSITION NIRSpec PRISM JWST- WASP-39b (22.11.2022) transmisní spektroskopie => v atmosféře planety detekován oxid uhličitý, voda, oxid uhelnatý, sodík, draslík a další => planeta má podobné složení jako Saturn Planety na počátku vývoje Všechny planety a velké družice: tři hlavní části (podle hustoty): kůra, plášťa jádro. zárodečná látka v místě vzniku planety víceméně stejnorodá -> smršťování -> zahřátí -> rozčlenění látky dle hustot {diferenciacilátky) - před asi 4,5 miliardy roků. zdroje energie planety - smršťování zárodku planety, - teplo vznikající při dopadech zbytků těles na planetární povrch, - teplo uvolňované rozpadem radioaktivních prvků v nitru planety. Birth 1 2 3 4 S 6 7 8 3 10 11 12 13 14 Billions of Years (approx.) not to scate Velké bombardování - vrchol - před 4 miliardami let - zbytky po tvorbě planet a jejich družic -> srážky s planetami -> vznik kráterů na povrchu - ukončení - před 3,5 miliardami let velké kruhové pánve: Měsíc - Mare Serenitatis, Mare Imbrium; Merkur - Caloris Planitia; Mars - Hellas; Kallistó (u Jupitera) - Valhalla. Mare Imbrium na Měsíci Caloris Planitia na Merkuru. Pánev Valhalla (Jupiterova družice Kallistó). Vývojový scénář sluneční soustavy 1 protoslunce 2 zárodečná mlhovina, vznik vrstvy pevných částic v rovině rotace rovníku mlhoviny 3,4 akrece látky na zárodky planet 5 vymetení zbytků plynu ze soustavy intenzivním slunečním větrem Realita (2016,2017) HD 97048 HD 135344B RXJ1615 HD 169142 ALMA Rings HL Tauri Hvězdná vichřice Dnešní Sluneční soustava - málo prachu a plynu Kam se poděly všechny částice? prachové částice - pád na Slunce, na planety a jejich družice plyn - odvát slunečním větrem - velmi intenzivní => vichřice - čistka za pouhý milion roků „vyhozeno smetí" (plyn a mikroskopický prach) o hmotnosti až 1 M0 Následky vichřice na planetách - vnitřní planety - ztratily zbytky původních atmosfér - velké planety - žádné výrazné stopy, atmosféry zůstaly zachovány v původní podobě. Planety dnes (stopy předchozího vývoje) v raných stadiích SI. soustavy - planety a jejich velké družice - diferenciace látky podle hustoty, intenzivní bombardování před 4-3 mld let - období mohutného vulkanismu - vylévání podpovrchové čedičové (=bazaltové) lávy do pánví a velkých kráterů dnes - zřejmé stopy bombardování i etapy vulkanismu na terestrických planetách i na Měsíci Útvary na povrchu planet a velkých družic • sopky • krátery • pánve • praskliny • pevninské desky (jen u Země) Magmatismus, vulkanismům - formují povrch planet magmatismus - působení magmatu v hloubce vulkanismus - sopečná (vulkanická) činnost na povrchu - u planet zemského typu - bazaltový (neboli čedičový) vulkanismus, rozsáhlé, opakované výlevy lávy -> vznik bazaltových plošin (měsíční moře, hladké plošiny na Merkuru, oceánská kůra na Zemi); - štítové sopky - Olympus Mons na Marsu, Beta Regio na Venuši, Havajské ostrovy na Zemi; - měsíc ló - jiný typ vulkanismu - důsledek slapových sil Jupiteru Štítová sopka Olympus Mons na Marsu (průměr základny činí asi 550 km). D1 :02: 12 světavAho času. Fialový flitr, Enirnek upravil m. Drne km lIIííM Im pakty = krátery po dopadu cizího tělesa - na všech planetách a jejich družicích vznik zejména v době intenzivního bombardování, ale i dnes! Země a další planety s intenzivním geologickým vývojem - stopy zahlazeny; „viditelné" jen čerstvé krátery (cca 106 let nebo 107 let staré) tvar kráterů - kruhový - proč? Vznik jednoduchého a komplexního impaktního kráteru. Praskliny Tektonické pochody jsou velice rozmanité, každá planeta či větší družice má svůj vlastní tektonický styl. Měsíc - jednoduchá tektonika soustavy trhlin a zlomů vzniklých: - slapovými silami, - smršťováním lávové výplně moří při vzniku impaktních pánví a velkých kráterů, Mars - rozsáhlé příkopy a údolí, (Valles Marineris); Venuše - tektonické procesy úzce spojeny se sopečnými; Země - nejsložitější tektonika - rozpínání oceánského Proměny planetárních atmosfér obří planety - původní atmosféry terestrické planety - prvotní atmosféry odvála sluneční vichřice, druhotná - poznamenaná především geologickou aktivitou, převládá oxid uhličitý čím je planeta aktivnější, tím je její atmosféra hustší Země - specifická atmosféra, vysoký obsah N, O; C02 je málo; důsledek fotosyntézy; zdrojem některých složek atmosféry - hydrosféra (oceány) Mars - dnes - nehostinná pustina, na povrchu jsou nízké teploty a sucho. - v 1. miliardě roků - vlhká a teplá (v důsledku sopek) planeta; hustá atmosféra z C02 => silný skleníkový efekt; voda v tekutém stavu; lijáky i sněhové bouře, řeky, vodní nádrže - před asi 3,8 miliardy roků - konec prvotní sopečné činnosti -> pokles koncentrace C02 -> řídnutí atmosféry -> voda na povrchu zamrzla nebo sublimovala; -> Mars téměř jako dnes Život na stárnoucí Zemi Osud Země určuje Slunce! Slunce -> velmi zvolna zvyšuje zářivý výkon i rozměry ve fázi červeného obra: poloměr 1 au, zářivý výkon Z_=103 L0, Merkur pohlcen velmi silný sluneční vítr -> zmenšení hmotnosti Slunce => zvětší se vzdálenosti všech planet od Slunce (Země 1,7 au) teplota Země výrazně vzroste => rozhodně neobyvatelná! Země v současnosti obří cyklon supervulkán E za 250 mil. let - vznik superkontinentu Pangea Ultima Země za 700 milionů roků vypařování oceánů -> větší skleníkový efekt -> zvýšení teploty na 40-80°C Země za 1,5 miliardy roků oceány se vypařily; překotný skleníkový jev, teplota > 200°C mrtvá planeta Slunce červeným obrem až do 1 au s nataveným povrchem => Země dále, ale bez atmosféry Země za 10 miliard roků mrtvý svět u chladnoucího bílého trpaslíka osud Země určuje Slunce! - ano, ale jen na astronomické časové škále (miliardy let) vývoj klimatu na Zemi - mnohonásobně kratší - desítky milionů, i jen tisíců (či pouze stovek?) roků v současnosti - doba meziledová - několikanásobně delší než ty předchozí; globální oteplování -> ale za stovky až tisíce roků další doba ledová (zatím nikdo nezveřejnil důvod, proč by se tak nemělo stát). civilizační změny - desítky až stovky roků - přímo nesouvisejí s přírodními jevy budoucnost Zeme - není ve hvězdách, ale v lidech!