SONG Stellar Observations Network Group. Frank Grundahl, Århus Universitet

Transkript

1 SONG Stellar Observations Network Group Frank Grundahl, Århus Universitet

2 SONG teamet: Jørgen Christensen-Dalsgaard, AU Uffe Gråe Jørgensen, KU Per Kjærgaard Rasmussen, KU Frank Grundahl, AU Hans Kjeldsen, AU Søren Frandsen, AU Torben Arentoft, AU + en stor stab af teknikere på AU og KU

3 Oversigt Status hvor er vi nu? Videnskabelig baggrund og mål hvorfor gør vi det? Teknik og observationer hvad er det vi skal have? Netværk og design hvordan kommer det til at se ud?

4 STATUS: Projektet har opnået financiering Det optiske design er færdigt Bestilling af komponenter afgives tidligt i 2009 Prototype teleskop ventes færdig i slutningen af 2011

5 Dannelse af grundstofferne H, He, Li dannet i Big Bang He, C, N, O, Si, Fe dannes i stjernerne,pb,au,,u dannes i Supernovaer Solen og Solsystemet dannet ud fra gas og støv beriget med tunge grundstoffer fra tidligere generationer af stjerner Så for at forstå os selv, ønsker vi at forstå andre stjerner og deres planetsystemer Jorden V2.0

6 Solens udvikling: H He He C

7 Termodynamik Atomfysik Matematik Solens egenskaber Strålings teori Kernefysik Numeriske teknikker SOLMODEL Svingnings perioder OBSERVATIONER Hydrodynamik Neutrino partikelfysik

8 Stjernesvingninger

9 Svingingerne kan observeres som ændringer i: Radius (overfladehastighed) Lysstyrke Temperatur

10 Fra tidsserie til svingningsperioder Fourier Transform Frekvens

11 (n,l)

12 (n,l)

13

14 Solens middeltæthed Konvektionszonens størrelse Solens alder

15 En stjernes oscillationsspektrum afhænger af Masse, Radius, Alder, Grundstof-sammensætning og konvektions-zoner ET UNIKT SEISMISK FINGERAFTRYK

16 Samme masse forskellige aldre:

17 Samme aldre forskellige masser:

18 Et hovedformål for SONG er at observere andre stjerner med samme grad af detalje som vi idag kan for Solen. Dette vil skabe en dybere forståelse af stjernerne og Solens udvikling.

19 Exoplaneter: Første planet (51 Peg) fundet i 1995 Idag (14/ ) kendes multiple systemer (2 eller flere planeter) De fleste fundet via radial-hastigheds-metoden. Den mindste vejer ca. 5 x Jordens masse 5-10% af de undersøgte stjerner har en planet MEN det er meget vanskeligt at finde de små planeter, på størrelse med Jorden...

20 Eftersøgningsmetoder - Radialhastigheder kræver stor nøjagtighed - Transit kræver stor nøjagtighed og mange stjerner - Microlensing kræver mange stjerner og tæt tidslig dækning

21 Eksempel: 55 Cancri, 5 planeter!

22

23 Udvikling af Hastighedspræcisionen

24 Radialhastigheds-metoden har det imidlertid svært når planeterne bliver meget små, og perioderne meget lange... ALTERNATIV: Gravitationel mikrolinsning - Denne metode tillader detektion af meget små planeter 0.1 x MJORD - Der er fundet 8 planeter med denne metode heraf er to af de mindste man kender. Det danske 1.5m teleskop har spillet en stor rolle i dette arbejde.

25

26

27 FOV 2' x 2' Planet opdaget med mikrolinse metoden. (Nature, 439, 437, 2006).

28 Eksempel: det første planetsystem fundet med mikrolinsning! Bemærk det store antal teleskoper som deltog i observationerne. Tidsskalaen er ca. 2 uger! Systemet har to planeter i en Jupiter/Saturn lignende konfiguration Mikrolinse metoden er statistisk i sin natur vi ser kun planeten en gang, og selv hvis vi ikke ser en planet kan vi sige hvad sandsynligheden for at der var en planet. Derfor giver metoden os information om forekomsten af exoplaneter i Mælkevejen.

29

30

31 Baneradius (AE) Planet masse i Jordmasse enheder

32 Opsummering: - SONG vil studere stjerner vha. asteroseismologi (radialhastigheder) og - lede efter exoplaneter via radialhastigheds- og mikrolinse metoden HVORFOR har vi brug for et NETVÆRK?

33 Eksempel: to tætliggende perioder Eksempel: en oscillerende stjerne

34 En svingnings frekvens Kontinuerte observationer Fem frekvenser Rigtige observationer (dag/nat)

35 Med et netværk undgår vi hullerne i observationerne, herved kan effekten af falske frekvenser i frekvens-spektret minimeres. For mikrolinse-observationerne er det nødvendigt med nærmest kontinuerte observationer for ikke at misse de tidspunkter hvor der er en anomali i lyskurverne pga. en planet. Med et netværk løses problemet med at nætterne kun er af 8-10 timers længde. Alternativt kan man anvende en satelit, men det er meget dyrt. En af grundene til vores dybe viden om Solen er netop observationer af svingninger med et netværk!

36 National Solar Observatory Global Oscillation Network Group

37

38 Krav til netværk og instrumenter: Generelt Høj duty-cycle Lange observationsperioder Minimal vedligehold Supergode instrumenter

39 Krav til netværk og instrumenter: Specifikt 8 x 1m teleskop, på eksisterende observatorier Kamera med høj opløsning til præcis fotometri i tætte stjernefelter Spektrograf med høj opløsning til præcise hastighedsmålinger Robotisk operation

40 Mulig fordeling af SONG observatorierne

41 Teleskop Optisk bord med instrumenterne Betonsøjle

42

43

44

45

46 FOCAL-PLANE LAYOUT Spektrograf

47

48 Måling af overfladens hastighed (Doppler effekten):

49 Stjernens spektrum Iodceller

50 CCD kamera med 2K x 2K pixels og høj effektivitet, ca. 90% ved 550nm. Udlæsetid: 2s

51 Velocity precision of SONG spectrograph 55s. exposure

52 Observation af Solen med SONG Den blå himmel skyldes spredt sollys, og derfor indeholder den også Solens svingningssignal! SONG kan derfor også bruges til at studere Solens svingninger

53 (d) Software til data-reduktion -- det må vi selv udvikle, og er nået et stykke af vejen.

54

55 LuckyImaging princip

56 Opløsning ca. 0. 3

57 SONG vil anvende et kamera mage til, med en udlæsehastighed på 30Hz og 512x512 pixels, hver 0. 1 herved får vi et felt på ca. 46 x Dataraten bliver 200Gb per nat!

58 Det som gør SONG unik er instrumenterne, ikke størrelsen på teleskopet. Endvidere vil vi (asteroseismologi, planeter) observere de klareste stjerner på himlen (ikke behov for et stort teleskop) til mikrolinse observationer er et 1m teleskop med god opløsning tilstrækkeligt.

59 Exoplaneter og stjernesvingninger: I studiet af exoplaneter, er det vigtigt at kende moderstjernens parametre specielt er det vigtigt at kende: - masse - radius - alder - banehældning - grundstofsammensætning for at kunne udlede korrekte parametre for planete(rne). Meget af denne information kan skaffes fra asteroseismologien Idag kendes ca. 50 stjerner med Magnitude < 6 som SONG kan lave asteroseismologi på (ca. 2ugers obs. per stjerne).

60 NASA: Terrestial Planet Finder (TPF) ESA: Darwin Disse missioner bruger 'nulling interferometri' til at 'annulere' lyste fra stjernen (destruktiv intereferens), hvorved det bliver muligt at se planeter, ca. på størrelse med Jorden ud til ca. 100 lysår. Der skal følges op med spektroskopi for at finde biomarkører... Simuleret Jord på 30 lysårs afstand

61 Darwin: Eftersøgning af bio-markører SONG kan karakterisere (masse,alder,radius) de vigtigste targets (de nærmeste stjerner) for Darwin/TPF og måske endda give oplysninger om hvilke targets er de bedste (små planeter).

62

63 STOP

64 Activity and spots behave like the Rossiter effect, also known from eclipsing binaries and transitting extrasolar planets. From Oscillations Activity Stellar Oscillations Network Group

65

66 SONG Stellar Observations Network Group Frank Grundahl, Århus Universitet

67

68