F7514 Exoplanety Exoplanetární tranzity Marek Skarka 25.10.2023 OES Pucheros FIDEOS Tranzitní metoda je nejúspěšnější ze všech metod objevování exoplanet Princip tranzitu Princip tranzitu Merkur 2016 Venuše 2012 Pozorování ze SORCE (SOlar Radiation and Climate Experiment) https://lasp.colorado.edu/sorce/2012/06/1 0/observations-of-the-venus-transit-total-i rradiance/ https://www.researchgate.net/publication/358143273_Final_Report_for_SAG_21_The_Effect_of_Stellar_Contamination_on_Sp ace-based_Transmission_Spectroscopy Princip tranzitu 1. Pozorovatelnost a vlastnosti tranzitu budou záviset na orientaci a vlastnostech dráhy 2. Délka a tvar tranzitu budou záviset na periodě a vzájemném poměru velikostí planeta-hvězda 3. Hloubka tranzitu bude souviset se vzájemným poměrem velikostí planeta-hvězda 4. Tvar a pozorovatelnost tranzitu bude záviset na vlastnostech hvězdy 5. Kromě tranzitu musí nutně existovat i okultace (planeta za hvězdou) 6. Křivka mimo tranzit není konstantní (planeta přispívá odraženým světlem) 7. U tranzitujících planet lze zkoumat atmosféry exoplanet Merkur 2016 Venuše 2012 Pravděpodobnost tranzitu Čím blíže je planeta hvězdě a čím větší hvězda, tím větší pravděpodobnost, že bude tranzit pozorovatelný WASP-67 b Oblast, kdy nastává částečný zákryt Nastává zastávka v minimu jasnosti Chybí zastávka v minimu jasnosti Minimální inklinace, aby nastal úplný tranzit Pravděpodobnost tranzitu Země: 0.27° Jupiter: 0.05° Kaltenegger&Faherty 2021, Nature, 594, 505: - 2034 hvězd hlavní posloupnosti blíže než 100 pc v oblasti, kde byl/je/bude vidět tranzit Země +-5000 letech (94 % nejméně po dobu 1000 let) - 75 hvězd mohlo zaznamenat rádiové signály ze Země - 7 systémů má planety Parametry tranzitu P - perioda ΔF - hloubka tranzitu tT - celkový čas poklesu jasnosti tF - doba totálního zákrytu 𝜏 - doba vstupu/výstupu do/z minima jasnosti b - impakt parametr 𝜏𝜏 Parametry tranzitu ττ Relativní pokles toku Relativní pokles hv. velikosti Parametry tranzitu ττ Relativní pokles toku Parametry tranzitu Relativní pokles toku Relativní pokles hv. velikosti Kepler 37 b - planeta s nejmenším detekovaným tranzitem 15 ppm a poloměrem cca 0.27 RZ (Barclay et al. 2013, Natur, 494, 452) Parametry tranzitu ττ Z hloubky tranzitu lze při DOBRÉ znalosti poloměru hvězdy určit poloměr planety HRD GAIA DR2 Relativní pokles toku Relativní pokles hv. velikosti Parametry tranzitu ττ GAIA DR2 Vs KIC DR25 Z hloubky tranzitu lze při DOBRÉ znalosti poloměru hvězdy určit poloměr planety Pro netranzitující exoplanety, které nemají změřeny radiální rychlosti je pořád nenulová pravděpodobnost, že se nejedná o exoplanety! Záleží určení poloměru na vzdálenosti exoplanety od hvězdy? rP rP rP Záleží určení poloměru na vzdálenosti exoplanety od hvězdy? α α a Jak velký bude tento přírůstek p při pozorování ze vzdálenosti d pro různé vzdálenosti a planety od hvězdy? rP p vzdálenost d d=1 pc, a=1 au, rP =1 RJ p=0.34 km Na vesmírných vzdálenostech má vzdálenost planeta-hvězda zcela zanedbatelný vliv na určení poloměru planety NE :-) Parametry tranzitu τ Parametry tranzitu Kruhové dráhy: τ Parametry tranzitu Kruhové dráhy: τ hodin Problém detekovat a analyzovat exoplanety na širokých drahách Parametry tranzitu Kruhové dráhy: τ Z tvaru tranzitu lze odhadnout hustotu hvězdy Parametry tranzitu Kruhové dráhy: τ U eliptických drah mohou být v závislosti na orientaci dráhy časy poklesu a nárůstu jasnosti různé Tvar tranzitu Bez okrajového ztemnění: Tvar tranzitu S okrajovým ztemněním: Jas hvězd klesá se vzdáleností od centra hvězdy: - Z okrajových částí přichází méně záření - V okrajových částech koukáme do oblastí s nižší teplotou Tvar tranzitu Jas hvězd klesá se vzdáleností od centra hvězdy: - Z okrajových částí přichází méně záření - V okrajových částech koukáme do oblastí s nižší teplotou Vliv okrajového ztemnění klesá směrem k delším vlnovým délkám Tvar tranzitu Parviainen et al. 2019, A&A, 630, 89 Tvar tranzitu - další informace Gravitační ztemnění vlivem rotace hvězdy D. Orikhovsky, 2023, DP, CU Bratislava Tvar tranzitu - další informace Skvrny Bruno&Deleuil, arXiv:2104.06173 Tvar tranzitu - další informace Další planety v systému Trappist-1, VLT Tvar tranzitu - další informace Exoměsíce? Teachey, Kipping, Schmitt 2018, AJ, 155, 36, měsíc okolo Kepler-1625 b, dosud spolehlivě nepotvrzeno/vyvráceno Tvar tranzitu - další informace Exoměsíce? Kipping et al. 2022, NatAst, 6, 367, přehlídka 70 chladných obřích planet, Kepler-1708 b-i možná měsíc (2.6 RE okolo planety s 4.6 RJ ) U planet blízkých svým mateřským hvězdám s vázanou rotací se nemohou vyskytovat měsíce Tvar tranzitu - další informaceGansicke et al. 2016, ApJL, 818, 7 Rozpadající se planeta okolo bílého trpaslíka? Tvar tranzitu - další informace Exokomety? Umělé struktury?Boyajian et al. 2016, MNRAS, 457, 3988 Tvar tranzitu - další informace Rychlost rotace hvězdy, vzájemný sklon dráhy planety a rotační osy hvězdy Rossiter-McLaughlinův efekt (z křivky radiálních rychlostí) Falešné detekce Exoplaneta musí být potvrzena s pomocí jiné nezávislé metody ● Velká velikost pixelu na detektoru - možnost blendu s objektem v pozadí => pozorování s větším rozlišením ● Velké planety jsou velikostně srovnatelné s hnědými trpaslíky a nejmenšími hvězdami => odhad hmotnosti přes RVs ● “Grazing” objekty produkující tranzitu podobné křivky => odhad hmotnosti přes RVs Falešné detekce Exoplaneta musí být potvrzena s pomocí jiné nezávislé metody ● Velká velikost pixelu na detektoru - možnost blendu s objektem v pozadí => pozorování s větším rozlišením ● Velké planety jsou velikostně srovnatelné s hnědými trpaslíky a nejmenšími hvězdami => odhad hmotnosti přes RVs ● “Grazing” objekty produkující tranzitu podobné křivky => odhad hmotnosti přes RVs Čistě fotometrie může napovědět srovnáním sudých a lichých tranzitů, velmi malá hloubka sekundárního tranzitu, periodová analýza s použitím různých metod Falešné detekce Exoplaneta musí být potvrzena s pomocí jiné nezávislé metody ● Velká velikost pixelu na detektoru - možnost blendu s objektem v pozadí => pozorování s větším rozlišením ● Velké planety jsou velikostně srovnatelné s hnědými trpaslíky a nejmenšími hvězdami => odhad hmotnosti přes RVs ● “Grazing” objekty produkující tranzitu podobné křivky => odhad hmotnosti přes RVs Hoyer et al. 2020, odesláno do MNRAS TESS - 21”/px Falešné detekce BLEND :-( Falešné detekce BLEND :-( Falešné detekce Kabáth et al. 2020, PASP, 132, 5002 Šubjak et al. 2020, AJ, 159, 151 Kabáth et al., under review