Polowanie na egzoksiężyce!

Widok z egzoksiężyca krążącego wokół gazowego
  olbrzyma z pierścieniem - wizja artysty.

Egzoksiężyce to póki co tylko teoretyczne obiekty, choć oczywiście możemy być w 100% pewni ich istnienia (jakkolwiek to brzmi). Dlatego też stały się tak dużą atrakcją dla ludzkiej wyobraźni - często pojawiają się w książkach i filmach science fiction. Najprostszy przykład to księżyc Pandora w głośnym filmie Jamesa Camerona pt. Avatar. Jednak księżyce pozasłoneczne to nie tylko hipotetyczne siedliska dla życia pozaziemskiego, są także (a może przede wszystkim) kluczem do zrozumienia procesów związanych z formowaniem się gwiazd/planet/księżyców.

Myśl o detekcji tych obiektów od lat fascynuje naukowców. Jednak do niedawna wszyscy byli zgodnie przekonani, że nie jesteśmy jeszcze w stanie wykrywać egzoksiężyców przy obecnie stosowanych instrumentach i metodach. Sytuacja ta stopniowo ulega zmianie. Po wielkim odkryciu przez sondę Kepler aż 1235 kandydatów na egzoplanety (o najróżniejszych rozmiarach), wielu astronomów zaczęło się zastanawiać - "Czy Kepler może odnaleźć obcy księżyc?".

David Kipping wraz z innymi członkami NASA Carl Sagan Fellowships, stworzył komputerowe symulacje, które dowodzą możliwości wykrycia egzoksiężyców przez Keplera. Projekt ogłoszony przez zespół Kippinga nazywa się "The Hunt for Exomoons with Kepler" (HEK) i ma wykorzystywać dwie podstawowe metody podczas poszukiwań:

• Podwójny tranzyt - podobnie jak przy 'zwykłej' metodzie tranzytu, chodzi tu o przejścia obiektów przed tarczą gwiazdy, które powodują chwilowe spadki jej jasności. Istnieje więc teoretyczna możliwość uzyskania krzywych jasności, które obrazują nie tylko 'dołki' spowodowane regularnymi przejściami planety, lecz także księżyca. Metoda ta jednak wydaje się wyjątkowo nieprawdopodobna.

• TTV (Transit Timing Variations) - to znacznie bardziej optymistyczna wizja detekcji egzoksiężyców. TTV to mierzenie zmian czasu w odstępach między kolejnymi obserwowanymi tranzytami planety. Jeśli planeta posiada księżyc, to oba ciała krążą wokół wspólnego środka masy. Ten kosmiczny taniec powoduje delikatne zmiany położenia egzoplanety, co z kolei może być przyczyną niewielkich zmian  w czasie pomiędzy kolejnymi przejściami przed tarczą gwiazdy.

Z modeli matematycznych wynika, że w bardzo przychylnych przypadkach, Kepler będzie w stanie wykryć egzoksiężyc o masie 0,2 Mz (mas Ziemi). Ta teoria jest jednak chyba nieco przesadzona. Dużo bardziej prawdopodobne jest, iż sonda wykryje księżyc o masie zbliżonej do 1 Mz, krążący wokół jakiejś ogromnej gazowej planety pozasłonecznej.

Tak czy inaczej, projekt HEK jest bardzo ambitnym przedsięwzięciem. Miejmy nadzieje, że jego realizacja dojdzie do skutku i będziemy świadkami kolejnych historycznych odkryć w astronomii.

Źródło

Qatar-2 b - druga zdobycz Qatarian

Gorący Jowisz - wizja artysty.

Qatarianie (zespół naukowy QES - Qatar Exoplanet Survey - założony przez Dr. Khalida Alsubai) przed momentem ogłosili istnienie drugiej egzoplanety odkrytej w ramach swojego programu. Jest to planeta znajdująca się na kołowej orbicie wokół gwiazdy ciągu głównego typu K.

Qatar-2 b to dość typowy Gorący Jowisz o masie 2,54 Mj, promieniu 1,14 Rj oraz okresie orbitalnym wynoszącym około 1 dnia i 8 godzin. Nie byłoby nic wyjątkowego w tym systemie gdyby nie kolejny komponent. Jest nim również gazowy olbrzym o, póki co, bliżej nieoszacowanej masie i promieniu. Qatar-2 c znajduje na znacznie odleglejszej orbicie od swojego sąsiada. Na jedno okrążenie wokół gwiazdy macierzystej potrzebuje niecały rok. Niestety to praktycznie wszystkie znane konkrety o tej planecie. Potrzeba kolejnych obserwacji aby mogła zostać potwierdzona.

Gratulujemy zespołowi Doktora Alsubai! System Qatar-2 jest cenny ze względu na posiadanie, zarówno bliskiego Gorącego Jowisza, jak i zewnętrznej planety. Wliczając omówiony system, znamy zaledwie cztery takie układy.

Źródło

Woda i komety w odległych układach!

W minionym tygodniu naukowcy z NASA ogłosili dwa istotne odkrycia dokonane dzięki pracy dwóch kosmicznych teleskopów, Herschel'a i Spitzer'a. Ten pierwszy odnalazł ogromne ilości wody wokół gwiazdy TW Hydrae, natomiast Spitzer zaobserwował deszcz komet w układzie Eta Corvi.

Detekcja wody przez Herschel'a.

TW Hydrae to bardzo młoda gwiazda odległa o 175 lat świetlnych od Ziemi. Jej wiek szacowany jest na zaledwie 10 milionów lat. Ten pomarańczowy karzeł jest nieco mniejszy i chłodniejszy od naszego Słońca (żółtego karła). Obserwacje dokonane przez teleskop Herschel'a dowiodły istnienia potężnego dysku okrążającego gwiazdę. Jego szerokość jest aż 200 razy większa niż odległość Ziemi od Słońca. Astronomowie dostrzegli w tym dysku ogromne ilości zimnej pary wodnej. "Nasze obserwacje sugerują, że woda znajdująca się w tym dysku mogłaby wypełnić 1000 ziemskich oceanów", powiedział Michiel Hogerheijde - lider zespołu naukowego. Naukowcy już wcześniej odkrywali parę wodna w odległych systemach - ta była jednak gorąca - znajdowała się blisko gwiazdy. Nigdy jednak nie udało się zaobserwować zimnej pary wodnej w obcych układach. Pochodzi ona prawdopodobne z małych drobinek lodu, z których za sprawą promieniowania gwiazdy, wydostają się cząsteczki wody tworząc charakterystyczną mgiełkę, którą zaobserwował Herschel. W ciągu kilku następnych milionów lat powstaną w tym układzie planety, asteroidy i inne ciała. Dzięki wspomnianym drobinkom lodu oraz innej materii uformują się także komety, które w przyszłości mogą zaopatrzyć nowo powstałe światy w ciekłą wodę - niezbędny składnik znanego nam życia.

Planeta bombardowana przez komety.

Kolejne odkrycie jest bardzo powiązane z poprzednim. Otóż mowa oczywiście o kometach! Kosmiczny teleskop Spitzer'a przypatrzył się układowi o nazwie Eta Corvi w Gwiazdozbiorze Kruka. Wiek gwiazdy macierzystej tego systemu to około miliard lat. Zespół badaczy odnalazł warstwę pyłu krążącą we względnie niewielkiej odległości od gwiazdy. Badania spektroskopowe wyraźnie sugerują, że ciałami odpowiedzialnymi za powstanie tego pyłu są komety. Zaobserwowane widmo przypomina nawet skład znanej planetoidy 2008 TC3, która eksplodowała nad Sudanem w 2008 roku. Bliskie położenie obłoku w Eta Corvi oraz jego skład mogą świadczyć o istnieniu skalistych planet podobnych od Ziemi.

Oba odkrycia z pewnością działają na wyobraźnię. Dzięki nim możemy przypuszczać, że procesy podobne do tych odpowiedzialnych za powstanie skalistych planet, komet, oceanów, a być może nawet życia, nie są aż tak wyjątkowe jakby się mogło wydawać.

Źródło 1 (NASA)
Źródło 2 (kosmonauta.net)

LkCa 15 b - formująca się egzoplaneta?

Względnie oczyszczona przestrzeń w dysku wokół
LkCa 15 pomieściłaby wszystkie planety US.

Ostatnie kilkanaście lat poszukiwań planet pozasłonecznych dostarczyło już prawie 700 obiektów. Ogromna większość z nich to planety krążące wokół starych gwiazd, zazwyczaj w odległościach większych niż Jowisz w Układzie Słonecznym. Detekcja odleglejszych obiektów jest praktycznie nie możliwa metodą tranzytu, a metoda prędkości radialnych wymaga w takich przypadkach wielu lat badań. Jedyna znana obecnie metoda, umożliwiająca szybkie odkrycie wspomnianych obiektów, to oczywiście wykorzystanie bezpośrednich obserwacji.

Dziś ogłoszono możliwe* odkrycie (proto)planety formującej się wokół gwiazdy w wieku 2 milionów lat (dla porównania wiek Słońca to 4,6 miliarda lat). Astronomowie zaobserwowali masywny dysk protoplanetarny obiegający gwiazdę LkCa 15. Badania w bliskiej podczerwieni wskazują na istnienie luki, rozciągającej się  w odległości 1 AU od gwiazdy do ponad 50 AU. Z początku, jako 'winowajcę' tej oczyszczonej przestrzeni sugerowano drugą gwiazdę - mielibyśmy wtedy do czynienia z układem podwójnym. Nie wykryto jednak żadnych obiektów o masie większej niż 12 Mj. Wtedy już było jasne, że system LkCa 15 należy zakwalifikować jako priorytet w programie poszukiwań egzoplanet.

Tak więc z modeli wynika, że planeta LkCa 15 b to obiekt gazowy o masie wynoszącej około 6 Mj. Astronomowie przyznają jednak, że nie są pewni tej wartości (choć zdawać by się mogło, że wynik ten to górny limit masy planety). Ponadto dzięki zdjęciom wykonanym przez Mauna Kea Telescopes udało się uzyskać prawdopodobny (patrz zdjęcia egzoplanet) obraz formującej się planety wraz z chmurą gazy i pyłu wynikającą z tego procesu. Ostatecznie jednak jest wiele niepewności.. Począwszy od wieku gwiazdy macierzystej do odległości między obiektami. Obecnie oszacowana wartość to 15,7 AU, co przekłada się na bardzo długi okres orbitalny - aż 109 lat! Istnienie tej planety nie może być potwierdzone w tym momencie.* Potrzeba kolejnych badań, zarówno praktycznych jak i teoretycznych, aby poznać więcej sekretów tego tej młodej planety. Zapewne wiele zespołów naukowych zainteresuje się tym wyjątkowym systemem.

* Okazuje się jednak, że planeta została potwierdzona!

Źródło

'Polskie' egzoplanety

Aleksander Wolszczan

Już jakiś czas temu, a dokładnie podczas konferencji Extreme Solar Systems II, krążyły pogłoski o 10 planetach z projektu PSU-Toruń. Właściwa nazwa brzmi tego projektu to Penn State-Toruń Planet Search (PTPS). Chodzi oczywiście o połączone siły astronomów ze Stanowego Uniwersytetu Pensylwanii oraz Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. W składzie tego zespołu jest między innymi Pan Aleksander Wolszczan - odkrywca pierwszych w historii planet pozasłonecznych.

Dziś rano pojawiła się publikacja dotycząca odkrycia 3 planet przez PTPS, metodą prędkości radialnych. Są to gazowe obiekty obiegające gwiezdne olbrzymy typu K. BD +48 738, HD 240237 oraz HD 96127 to odległe gwiazdy o promieniach równych odpowiednio 11, 32 i 35 Rs (promieni Słońca). Poszukiwania egzoplanet wokół tak dużych gwiazd, mogą dostarczać cenne informacje na temat procesów formowania się planet i ewolucji gwiazd. Pomimo iż znamy już prawie 700 planet pozasłonecznych, zaledwie około 30 z nich krąży wokół olbrzymów. Co ciekawe, HD 240237 i HD 96127 to (na dzień dzisiejszy) dwie z trzech największych gwiazd posiadających planety - wyprzedza je tylko HD 13189 (50,39 Rs). Przejdźmy jednak do planet...

Planeta BD +48 738 b to najlżejsza z dzisiejszych obiektów. Jej masa minimalna została oszacowana na 0,91 masy Jowisza (Mj), a jej okres obiegu to około 393 dni, przy maksymalnej odległości równej 1 AU (taka sama jak śr. odległość Ziemi od Słońca). Długie obserwacje tego systemu (6 lat) sugerują istenie także innego, bardziej oddalonego obiektu, który prawdopodobnie w okolicy 10 Au od gwiazdy krąży. Jego natura pozostaje jednak nieznana. Może być to planeta, brązowy karzeł lub nawet niewielka gwiazda. Potrzebne są dalsze obserwacje.

HD 240237 i HD 96127 to znacznie masywniejsze planety. Ich masy wynoszą odpowiednio 5,3 i 4 Mj. Okresy obiegu są również większe - 746 i 647 dni - co oczywiście przekłada się na odleglejsze orbity. Półosie wielkie tych orbit wynoszą 1,9 oraz 1,4 AU. Układy HD 240237 znajduje się w odległości aż 4892 lat świetlnych, a odległość HD 96127 to 1761 lat świetlnych od Ziemi.

Być może niebawem dowiemy się o kolejnych odkryciach polskich astronomów.

Źródło

Egzoplanety od teleskopu Hubble'a

Wnikliwa analiza zdjęcia systemu HR 8799, wykonanego przez kosmiczny teleskop Hubble w 1998 roku, przyniosła oczekiwany efekt. Udało się odsłonić wizualne dowody na istnienie trzech planet pozasłonecznych.

Po lewej - zdjęcia z 1998 roku od Teleskopu Hubble. W środku - to samo zdjęcie po powtórnej analizie. Po prawej - orbity planet w systemie HR 8799. Planeta e jest nie widoczna na zdjęciach. Kliknij aby powiększyć.

Planety te poznaliśmy już w 2007 i 2008 roku dzięki Keck Observatory (również dzięki bezpośrednim obserwacjom). W roku 2010 powiodła się także detekcja czwartej, najbardziej wewnętrznej planety w tym systemie. Na ponad 10 letnim zdjęciu pozostaje ona jednak niewidoczna.

To, że planety były znane już wcześniej, wcale nie umniejsza odkrycia Hubble'a. Powtórna analiza archiwalnego zdjęcia świadczy o zupełnie nowych możliwościach w egzoplanetarnych badaniach. Dla astronomów jest to istny przeskok w czasie. Porównanie zdjęć Hubble'a z przed dekady ze zdjęciami od Keck Observatory pozwoli na dokładniejsze określenie orbit tych trzech zewnętrznych planet.

HR 8799 to gwiazda odległa o 130 lat świetlnych. Wokół niej krążą aż 4 ogromne gazowe planety o masach 9, 10, 10 i 7 mas Jowisza. Okresy obiegu tych planet wynoszą 50, 100, 190 i 465 lat. Dla astronomów zagadką jest w jaki sposób tak masywne obiektu mogły uformować się w tak ogromnych odległościach od gwiazdy (14,5; 24; 38 i 68 AU). Poniżej znajduje się zdjęcie wszystkich planet od Keck Obserwatory.

Zdjęcie wszystkich planet w HR 8799 z zaznaczonymi fragmentami orbit.

Źródło

Znów Kepler - 2 gorące Jowisze

Parujący gorący Jowisz - wizja artysty.

Pomimo, że głównym celem misji Kepler jest detekcja małych skalistych obiektów, to chcąc nie chcąc, odkrywa on planety o najróżniejszych właściwościach. Dziś dowiedzieliśmy się o dwóch planetach typu 'gorący Jowisz'. Wiele razy to pisałem, lecz przypomnę, że są to gazowe giganty znajdujące się w bardzo niewielkich odległościach do swoich gwiazd macierzystych. Charakteryzują się oczywiście ogromną temperaturą (powyżej 1000 stopni Celsjusza). Często popadają w synchroniczną rotację (są stale zwrócone tą samą stroną do gwiazdy tak jak np. Księżyc względem Ziemi). Możliwe jest także, że często posiadają 'ogony' (podobnie jak komety) powstałe w skutek powolnego 'wyparowywania swojej masy'.

Dwie nowe planety od Keplera to typowe przedstawiciele tego rodzaju obiektów. Tak przynajmniej wynika z danych jakie obecnie podano (choć są wyjątkowo ubogie!). Ponieważ nie ma jeszcze żadnych dokładniejszych publikacji o dzisiejszych egzoplanetach, podam jedynie ich podstawowe parametry:

Nazwa:          Masa(Mj):     Promień(Rj):      Okres(dni):         
KOI-135 b    3,2                1,2                     3,02
KOI-204 b    1                   1,2                     3,25

Gdzie:
Mj - masa Jowisza;   Rj - promień Jowisza

Planety zostały ogłoszone na konferencji naukowej.

Kepler-18 b, c oraz d

Orbity planet wokół Kepler-18 w porównaniu z orbitą Merkurego (góra).
Rozmiary b, c, d i Ziemi oraz gwiazd macierzystych (dół).

Zespół naukowy misji Kepler ogłosił detekcję 3 planet w systemie Kepler-18. Ich istnienie zostało potwierdzone na wiele sposobów, więc wszystkie pojawiły się dziś w Encyklopedii Pozasłonecznych Układów Planetarnych (EPE).

Kepler-18 to gwiazda ciągu głównego znajdująca się w konstelacji Łabędzia. Pod wieloma względami jest bardzo podobna do Słońca. Jej masa wynosi 97% masy naszej gwiazdy dziennej lecz jest nieco większa bo jej promień to 1,1 Rs. Temperatura jej powierzchni wynosi 5345 Kelwinów więc nieco mniej niż w przypadku Słońca. Jest jednak bardziej dojrzała - jej wiek oszacowano na 10 miliardów lat.

Dzięki wieloletnim obserwacjom udało się odkryć aż 3 planety krążące względnie blisko tej gwiazdy. Pierwsza z nich - Kepler-18 b - to egzoplaneta typu SuperZiemia, czyli skalisty świat o większych rozmiarach od Ziemi. Jej promień jest równy niemal dokładnie 2 promieniom ziemskim, wynosi 2,00122 Rz. Masa tej planety pozasłonecznej jest jednak prawie 7 razy większa od masy Ziemi. Niestety Kepler-18 b jest oddalona od gwiazdy o 0,044 AU co jest bardzo małą odległością. Na pokonanie takiej orbity planeta potrzebuje zaledwie 3,5 dnia.

Kolejne dwie planety to Kepler-18 c oraz Kepler-18 d. Obie są podobne do Neptuna lecz ich gęstości są zawierająca małe. Promienie tych planet ot odpowiednio 5,47 i 6,93 Rz, a ich masy to 17 i 16,5 Mz. Takie wartości dają gęstości odpowiednio 0,59 g/cm3 oraz 0,27 g/cm3, co z kolei stanowi zaledwie 0,36 i 0,16 gęstości Neptuna. Orbity tych planet są oczywiście znacznie bliższe od orbity boga mórz. Na odległościach 0,07 i 0,11 AU okrążają gwiazdę w czasie 7,6 oraz 14,8 dnia.

Kepler po raz kolejny udowadnia, że jest w stanie wykrywać planety o rozmiarach zbliżonych do Ziemi. 

Źródło

One in, one out - bilans zero

Brązowy karzeł - wizja artysty.

W ostatnich dniach przywitaliśmy się z jedną masywną planetą, a pożegnaliśmy się z.. no właśnie, z czym?

Okazuje się, że pierwszy obiekt - HD 168443 c - wcześniej uważany za brązowego karła, po kolejnych badaniach znacznie 'stracił na wadze' (niemal dwukrotnie). Obecna masa to około 17 mas Jowisza co pozwoliło na zakwalifikowanie tego ciała do grona egzoplanet. Odległość jaka dzieli planetę c od gwiazdy macierzystej to 2,8 AU, a więc jest prawie 3 razy większa niż odległość Ziemi od Słońca. Czas jaki planeta potrzebuje na wykonanie tej orbity wynosi aż 1750 dni.

Od dwóch lat na liście egzoplanet spoczywała HD 16760 b. Uważano ją za gazowego olbrzyma o masie 14 mas Jowisza. Ostanie bezpośrednie obserwację tego systemu zaowocowały dokładnymi danymi o orbicie HD 16760 b. Dzięki nim można było zdecydowanie dokładniej oszacować masę obiektu. Wyniosła ona aż.. 280 mas Jowisza! Okazało się więc, że niebyła to ani planeta, ani brązowy karzeł, lecz gwiazda! Choć nie udało się dokładnie ustalić typu spektralnego, jest to prawdopodobnie gwiazda typu czerwony lub biały karzeł (z naciskiem na ten pierwszy).

Po wyżej wspomnianych problemach z wagą, rozpoczyna się ostatni kwartał 2011 roku. Miejmy nadzieję, że będzie równie ekscytujący co poprzedni!