Planetas Extrassolares

Tamanhos No Sistema Solar, o maior planeta é Júpiter, com MJúpiter=318 MTerra e MSol=1047 MJúpiter.
O maior planeta terrestre conhecido é a Terra, e o menor planeta gasoso conhecido é Netuno, com 14 MTerra. Por definição, planetas são corpos que orbitam estrelas e não têm nem nunca tiveram reações nucleares.
Os objetos acima de 75 MJúpiter têm reações nucleares transformando H em He e são chamados estrelas.
Objetos entre 13 MJúpiter e 75 MJúpiter têm reações nucleares transformando o deutério em trítio, e são chamados anãs marrons.
Os objetos abaixo de 13 MJúpiter, que orbitam uma estrela, são chamados planetas.
Distribuicao de massa, Stéphane Udry Entretanto a distribuição de número de objetos versus massa é contínua, e outra definição, usada no Catálogo de Planetas Extrassolares, é objetos com massas menores que 25 massas de Júpiter, pois existe um forte redução do número de objetos com esta massa, aumentando tanto para maiores massas quanto para menores massas.
Os planetas em torno de outras estrelas não podem em geral ser vistos porque são pouco brilhantes e estão muito próximos de suas estrelas. A razão dos brilhos relativos é dada por:
$\frac{F_{planeta}}{F_{estrela}} = \leq \frac{1}{1~{milhão}}$
2012 O primeiro planeta extrassolar descoberto foi HD 114762 b, em 1989, com cerca de 12 MJúpiter, por David W. Latham, Robert P. Stefanik, Tsevi Mazeh, Michel G. E. Mayor (1942-) & Gilbert Burki publicado na Nature, 339, 38, mas não foi classificado como um planeta na época, e sim como uma anã marrom. Desde 1992, pelo menos 1789 planetas extrassolares já Orbita foram descobertos, a grande maioria por métodos indiretos; conforme o planeta vai avançando em sua órbita ao redor de uma estrela, sua força gravitacional atrai a estrela para si (lei de ação e reação de Newton). Durante um período completo (tempo que leva para que o planeta complete uma órbita inteira), a posição da estrela sofre uma oscilação, causada pela gravidade do planeta. É esse "bamboleio" que indica aos astrônomos a presença de astros orbitando essas estrelas. Quanto maior a massa do planeta, maior o "bamboleio" da estrela. Os planetas são em geral um milhão de vezes menos luminosos que as estrelas, e estão muito próximos delas.
centro de massa
Definição de centro de massa de um sistema de duas massas:
m_1 r_1 = m_2 r_2 e m_1 v_1 = m_2 v_2$
Júpiter Júpiter está a 5,2 unidades astronômicas (UA) do Sol, sendo 1 UA = distância Terra-Sol = 150 milhões de km. Logo
rSol-centro de massa=rJúpiter-centro de massa × MJúpiter/MSol= 5,2 UA × MJúpiter/MSol = 745 mil km = 1,06 RSol.
binaria
Mas de fato, o que medimos é o limite inferior das massas, pois o que medimos é a projeção da separação (ou velocidade) no céu (perpendicular):
a=r1+r2, tex2html_wrap_inline179, tex2html_wrap_inline181, tex2html_wrap_inline183, tex2html_wrap_inline185
e, portanto, temos da Terceira Lei de Kepler:
P^2 = \frac{4\pi^2}{G(m+M)}a^3

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Como o seno de qualquer ângulo é sempre menor que 1, a massa real será maior ou igual à massa medida.

prisma
spec.jpg
espectro
O bamboleio da estrela pode ser medido através do deslocamento Doppler (AVI) das linhas espectrais das estrelas, isto é, medindo a velocidade.

Os planetas medidos têm em geral massas próximas à massa de Júpiter (MJúpiter=317 MTerra e MSol=1047 MJúpiter) e períodos orbitais menores que 10 anos, de modo que sua perturbação na velocidade orbital radial da estrela seja maior que 1 m/s, o limite instrumental atual. Júpiter, com PJúpiter=12 anos, causa uma velocidade do Sol em torno do centro de massa de 12 m/s.

O planeta extrasolar em torno de uma estrela normal com menor massa conhecido é o planeta com massa mínima parecida com o da Terra em torno da estrela Alpha Centauri B (Tef=5214 K, K1V), a 4,4 anos-luz de distância, descoberto por Xavier Dumusque, Francesco Pepe, Christophe Lovis, Damien Ségransan, Johannes Sahlmann, Willy Benz, François Bouchy, Michel Mayor, Didier Queloz, Nuno Santos & Stéphane Udry, publicado na Nature, 2012, com período orbital de 3,236 dias e distância à estrela de somente 0,04 UA.

De 1700 planetas extrassolares medidos até abril de 2014, sendo 812 sistemas planetários e 178 sistemas múltiplos:

O menor planeta já detectado, e o primeiro, está em volta do pulsar PSR B1247+1221, mas não é primordial e sim formado depois da explosão da supernova e formação da estrela de nêutrons (Aleksander Wolszczan & Dale Frail 1992, Nature, 355, 145). Foram detectados planetas com 0,02 MTerra= 4 MPlutão, 4,13 MTerra e 3,82 MTerra orbitando a 0,19, 0,36 e 0,46 UA. Entretanto, os pulsares são estrelas que já passaram pela etapa de explosão de supernova e, portanto, já ejectaram a maior parte de sua massa, calcinando os planetas mais próximos. Estes planetas são também impróprios para a existência de vida pois a estrela é tão quente que esteriliza o planeta a cada segundo. Estes planetas pequenos orbitando o pulsar foram inferidos pela variação dos tempos de chegada dos pulsos, mas estão tão próximos do pulsar que devem ter origem na perda de massa da estrela e não são planetas primordiais.
Pulsar Planetas de Pulsares
Planetas Órbitas dos planetas internos do sistema solar, em branco, e algumas órbitas de planetas extrassolares, em cinza, para diferentes estrelas.

Limites Limite G117-B15A
Limites de detecção dos planetas extrassolares. Com a técnica de estudo das pulsações da anã branca G117-B15A, conseguimos explorar a região escura da figura. Note que quando o Sol tornar-se uma anã branca, daqui a 5 bilhões de anos, Mercúrio e Vênus possivelmente terão sido engolfados pelo Sol na fase de supergigante, mas a Terra possivelmente terá se deslocado para a órbita de Marte, pela perda de massa do Sol. Mesmo com o deslocamento, a temperatura na Terra tornará a vida impossível.

Sackmann 1993
No modelo de Ingrid Juliana Sackmann, Arnold I. Boothroyd e Kathleen E. Kraemer, publicado em 1993 no Astrophysical Journal, 418, 457, quando o Sol tornar-se uma estrela gigante, seu raio passará da órbita de Mercúrio, mas como sua massa será um pouco menor por perda de massa, a órbita dos planetas externos se desloca um pouco para fora
mas os modelos de Klaus-Peter Schröder e Robert Connon Smith, publicados em 2008 no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 386, 155, preveem que somente os planetas com órbita inicial acima de 1,15 UA sobrevivem, e que a Terra será engolfada pelo Sol. O tempo zero deste diagrama ocorrerá em 7,59 bilhões de anos, quando o Sol atingir o topo do ramo das gigantes vermelhas.
Schröder 2008
Para descobrir que modelo está correto, buscamos planetas em torno de estrelas anãs brancas (Fergal Mullally, Don Earl Winget, Steven Degennaro, Elizabeth Jeffery, Susan E. Thompson, Dean Chandler e Kepler de Souza Oliveira Filho, publicado em 2008, no Astrophysical Journal, 676, 573. A tentativa de detectar o planeta diretamente com o satélite infra-vermelho Spitzer resultou inconclusiva, isto é, dentro das incertezas da medida.
GD 66
Vemos que a grande maioria dos planetas em torno de estrelas normais já detectedos são planetas grandes, são gasosos e não adequados ao desenvolvimento de vida multi-celular. Esta é uma limitação da técnica, já que os planetas menores não causam oscilações na posição das estrelas suficientemente grandes para serem detectados atualmente. Esta limitação não ocorre para os planetas em volta de pulsares, já que a técnica de detecção é outra e muito mais precisa.
Distribuição de massa das estrelas
Distribuição de massa das estrelas com planetas extrassolares. As estrelas mais massivas também têm planetas?

Formacao AU Mic
Fotos de discos proto-planetários, obtidos com o Telescópios Espaciais Hubble (HD 107146, a 88 anos-luz e com cerca de 50 a 250 milhões de anos) e Spitzer (AU Mic, a 32 anos-luz e com 12 milhões de anos).

Existem duas teorias principais para a formação de planetas: fragmentação do disco proto-planetário [Alan Paul Boss (1951-), 2003, Astrophysical Journal, 599, 577] ou acréscimo de massa dos planetesimais [Shigeru Ida (1960-) & Douglas N.C. Lin, 2004, Astrophysical Journal]. Neste último artigo, Ida e Lin propõem a existência de um "deserto de planetas" com massas entre 10 MTerra e 100 MTerra, e distâncias menores que 3 UA, já que os planetesimais crescem rapidamente e migram para distâncias maiores se formados na região mais interna.

habitavel planetas na ZH
A definição usada de zona habitável é que permita que a água esteja em forma líquida, para permitir o movimento das partículas e a eventual formação de moléculas orgânicas complexas, e fontes de energia para manter metabolismo. A segunda figura, de HZGallery.org, mostra que planetas conhecidos entram na sua Zona de Habitabilidade, com o tamanho do ponto proporcional ao tempo que passam nesta Zona.
O espectro do planeta HD 189733 b, observado com o Telescópio Espacial Hubble e com o satélite Spitzer no início de 2007 mostra vapor de água, mas o planeta tem uma temperatura média de 1000K, fora da zona habitável.
A procura de planetas em torno de estrelas se concentra em estrelas tipo solares por dois motivos: as estrelas mais quentes vivem menos e, portanto, será mais difícil que vida evoluída se desenvolva em planetas em torno delas. Estrelas mais frias que o Sol vivem mais, mas em geral têm atividade cromosférica que dificultam a detecção das pequenas variações causadas sobre a estrela por planetas. Cerca de 10% das estrelas em nossa Galáxia são parecidas com o Sol, e existem cerca de 1000 delas dentro de 300 anos luz de distância.

Disco
Imagem do disco e planeta em torno de Fomalhaut (α Piscis Austrini, uma estrela A com 200±100 milhões de anos a 25 anos-luz de distância), com o Telescópio Espacial Hubble, com período de 872 anos em torno da estrela a 25 anos-luz, na constelação do Peixe Austral. A estrela tem 2,06 MSol, Tef=8540 K, e o planeta cerca de 3 MJúpiter, a 119 UA da estrela (Paul Kalas et al. 2008, Science, 322, 1345).

Olivina A primeira detecção de matéria asteroidal em torno das estrelas ocorreu em 2008 com a descoberta de piroxeno rico em ferro, enstatita (piroxeno rico em Mg) e forsterita (olivina - silicato de ferro magnésio) em torno da anã branca G 29-38 e cerca de 20 anãs brancas já são conhecidas com material asteroidal caindo sobre a estrela, depois da disrupção por forças de maré.

Catálogo Visual de Planetas Extrassolares
OVNIs
Planetquest
Exoplanets
NASA Database de planetas extrassolares Órbitas de estrelas binárias


Volta Astronomia e Astrofísica


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Modificada em 3 mar 2014