Exoplaneter og stjerner - med specielt fokus på de fordampende varme exoplaneter

Transkript

1 Kredit: Peter Devine Exoplaneter og stjerner - med specielt fokus på de fordampende varme exoplaneter Mia Sloth Lundkvist

2 Motivation Er vi alene i Universet? Er vores Jord unik? 2/43

3 Beboelige zone Afstand, som giver temperaturer, hvor der kan eksistere flydende vand på overfladen. Afhænger af atmosfære (drivhuseffekt), refleksion, vinde, tryk, 3/43

4 Motivation Er vi alene i Universet? Er vores Jord unik? Hvordan ser andre planeter og planetsystemer ud? 4/43

5 Passagemetoden 5/43

6 Passagemetoden Keplers 3. lov: P 2 = 4π 2 a 3 G(M + M p ) P δf F = R p R 2 HAT-P-7, Borucki et al. (2009), Science 325, 709 6/43

7 Metode Asteroseismologi Exoplaneter 7/43

8 Mål: Jord-lignende planet i den beboelige zone omkring en sol-lignende stjerne. R R = δf F = R R 2 = ,008%. 3/ x 0,8 cm 8/43

9 Kepler Observerede i 4 år bekræftede planeter. Kunne observere i LC eller SC mode. 9/43

10 K2 Observerer skiftende felter i Solsystemets plan. 157 bekræftede planeter (29/07/17). Stopper formodentlig næste år. 10/43

11 δf F = Gør det selv planetkarakterisation R p R 2 - Kepler 11 1,83 R 4,26 R 2,89 R 2,54 R 3,21 R 3,33 R Fra størst til mindst: e, g, d, c, f, b 11/43

12 Repetition af asteroseismologi edu.au/~bedding/animati ons/visual.html 12/43

13 Skaleringsrelationer Δν ρ. ν max g T eff 1/2. Stjerne udvikles: Δν falder. ν max falder. Grid modellering Chaplin and Miglio, /43

14 Asteroseismologi & exoplaneter -eccentriciteter 14/43

15 Radialhastighedsmetoden K m s = 203 P dage 1 3 M p M jup sin i M M M p M jup 2/3 1 1 e 2 15/43

16 RV målinger af eccentricitet HAT-P-7b: e = 0 HD 80606b: e = Pál et al. (2008) Naef et al. (2001) Signal er km/s. 16/43

17 Exoplanet eccentriciteter (RV) Vincent Van Eylen, KASC8 præsentation 17/43

18 Eccentricitet af exoplaneter uden RV Passagevarighed (stjernens middeltæthed). Van Eylen and Albrecht (2015) 18/43

19 Eccentricitet af exoplaneter uden RV Antag: Cirkulær bane Hele stjernen krydses v = 2πa P x = 2R T = x v = 2PR 2πa R a Keplers 3. lov: P 2 4π 2 a 3 = G M p + M M 4π2 a3 GP 2 1 T ρ,tr = M V M 4/3πR 3 ρ,tr 4π2 a 3 GP 2 3 4πR 3 = 3π GP 2 a R 3 Kan sammenligne ρ,tr og ρ,ast for at lære om eccentriciteten. 19/43

20 Resultater Van Eylen and Albrecht (2015): 74 planets (in 28 systems). 20/43

21 Asteroseismologi & exoplaneter - præcise exoplanet egenskaber 21/43

22 Proxima Cen b Exoplanet quiz - hvilket udsagn passer til hvilken planet? TRAPPIST-1 TrES-2b HAT-P-7b KELT-9b 5 Kepler-37b 8 Kepler Kepler-22b 4 Kepler-10b/Vulcan 3 22/43

23 Kepler-10 Værtsstjerne for den første klippeplanet fundet af Kepler. kepler10b_images.html Batalha et al. (2011) 23/43

24 The 2-planet system Kepler-10 Period (days) Radius (R ) T day,max (K) Age (Gyr) ± ± / ± 1.36 Fogtmann-Schulz et al. (2014) Kepler-10b 125 km Credit: NASA/Kepler Mission/Dana Berry 24/43

25 The 5-planet system Kepler ± 1.0 Gyr (9% usikkerhed) Campante et al. (2015) Credit: Tiago Campante/Peter Devine 25/43

26 The 5-planet system Kepler-444 Campante et al. (2015) Mindst med R b = 0,40 R = 1,04 R Merkur Kredit: P. Devine/T. Campante/USyd Størst med R f = 0,74 R = 0,78 R Venus 26/43

27 HAT-P-7b Albrecht et al. (2012) 27/43

28 HAT-P-7b Lund et al. (2014) 28/43

29 Asteroseismologi & exoplaneter - præcise exoplanet egenskaber 29/43

30 Baggrund Modeller forudser fjernelse af planetatmosfærer pga fordampning. F > 100 F og 1.8 < R/R < 4.0: mangler. F > 100 F og R < R < 1.8 R : over-repræsenteret. Asteroseismologi er essentielt. Lopez and Fortney, /43

31 De asteroseismiske værtsstjerner 102 bekræftede- og kandidatexoplanetværtsstjerner klarere end 13.5 mag. Udvikling Masse 31/43

32 Planet radius og indkommende flux Kepler ρ, R R p R, P KIC observeret af Kepler R p, F p δf F = R p R 2 P HAT-P-7, Borucki et al. (2009), Science 325, /43

33 Planet radius og indkommende flux Kepler Radius: ρ, R R p R, P R p = R p R R. Indkommende flux: R p, F p F p F = ρ ρ 2 3 P 1 yr 4 3 T eff, T eff, 4. T eff 33/43

34 Inspektion af exoplanet samplet Usikker radius Astrotæthedsprofilering Vincent van Eylen, KASC8 præsentation 34/43

35 Radius-flux diagrammet Tomt område: F > 650 F and 2.2 < R/R < 3.8. Lundkvist et al. (2016) The hot-super-earth desert. Varme exoplaneter med R < 2.2 R er sandsynligvis klippe. 35/43

36 Usikkerheder Radius Flux 36/43

37 Signifikans/Troværdighed Observeret antal i ørkenen: 0 ± 0,04. Under 0,4% af vores simuleringer resulterer i 0 planeter i ørkenen. Observeret antal under ørkenen: 17 ± 0,7. Ikke statistisk signifikant (men kan forklares). 37/43

38 Kun få planeter med R p 2R,I Gen-analyse af 148 planets primært fra det seismiske sample. To-toppet fordeling i radius med et minimum ved R p 2R. Passer med simuleringer (Lopez 2016). Van Eylen et al. (in prep.) 38/43

39 Kun få planeter med R p 2R,I Planeter med H/He atmosfærer (oprindelig). Planeter med damp atmosfærer (oprindelig). Lopez (submitted), arxiv: /43

40 Kun få planeter med R p 2R, II Fulton et al. (2017.) 40/43

41 Radius-tæthedsdiagram 20 planeter med målte masser. Kepler-22b Gas giants Hul ved ~2 R passer med overgang fra klippe til gas-rig planet. Rocky Volatile rich Agentoft et al. (in prep.) 41/43

42 Hvorfor mangler de? Lower F-lower R trend? If yes, may impact η. Fulton et al. (2017.) Master thesis C. Agentoft (2016) 42/43

43 Konklusion Asteroseismologi og exoplaneter passer godt sammen! 43/43