AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 19: Eksoplaneter og jakten på liv og sånt

Transkript

1 AST1010 En kosmisk reise Forelesning 19: Eksoplaneter og jakten på liv og sånt

2 Resultat obligatorisk oppgave Snitt 13/18

3 Resultat obligatorisk oppgave Snitt 13/18

4 Resultat obligatorisk oppgave Regneoppgavene som folk hadde mest vanskeligheter med

5 I dag: eksoplaneter Den beboelige sonen Metoder til å finne eksoplaneter Hva har vi funnet hittil?

6 Finnes det liv der ute?

7 AST Liv i universet

8 AST Liv i universet 8

9 Betingelser for jordlignende liv Vann i flytende form (viktigst) Karbon: Et atom som kan være en hoved-byggestein for organisk liv energi blir frigjort ved brenning, dvs. oksidasjon av karbon En energikilde Stabile betingelser over lang tid, hundrevis av millioner av år 9

10 Vann Vann er den ene, avgjørende Vann er den betingelsen ene, avgjørende betingelsen for for liv liv slik slik vi vi kjenner kjenner det! det! Vann Vann ved ved riktig riktig temperatur, ikke for temperatur, varmt eller kaldt. ikke for varmt eller kaldt. 10

11 Den beboelige sonen

12 Den beboelige sonen Solen stråler nå noe kraftigere enn før (se tidligere forelesning) Den beboelige sonen flyttes utover over tid (men jorden har ligget innenfor hele tiden obviously) Likevel har Mars (utenfor sonen i dag) hatt flytende vann på overflaten tidligere Atmosfære spiller inn

13

14 Fem måter å finne planeter på Dopplermetoden - fra variasjon av stjernens hastighet langs synslinjen. Egenbevegelsen - fra variasjoner i stjernens posisjon. Formørkelser - intensitetsvariasjoner idet planeten passerer stjernen. Mikrolinsing - lys fra en fjern stjerne bøyes litt av idet det passerer en masse. Direkte observasjon av planeten. 14

15 Dopplermetoden

16 Observert Doppler-bevegelse AST Planetsystemet 16

17 Hvordan kan vi bruke dette til å lære noe om planeten? Vi måler variasjonen i bølgelengden og perioden Dopplereffekten gir oss hastigheten fra variasjonen Hastigheten + perioden gir radiusen til banen til sola Keplers Tredje lov gir oss avstanden til planeten og massen Finner oftest kun en planet!

18 Massesenter (ikke pensum)

19 Ville Dopplermetoden ha oppdaget Jupiter?

20 Transittmetoden (formørkelsesmetoden)

21 AST2210 Observasjonsastronomi

22 TRAPPIST-1 - Solsystem med steinplaneter 7 jordlignende steinplaneter (februar 2017) Oppdaget med formørkelsesmetoden (Transit Planets and Planetesimals Small Telescope) 3 planeter (e, f og g) i beboelig sone

23 TRAPPIST-1 7 jordlignende steinplaneter (februar 2017) Oppdaget med formørkelsesmetoden (TPPST) 3 planeter (e, f og g) i beboelig sone

24 TRAPPIST-1 Alle planetene nærmere stjernen sin enn Merkur er Solen (derfor lette å oppdage) Men stjernen er en rød dvergstjerne (0.08 solmasser) Lavere temperatur + liten radius gir stjernen så lav luminositet at den beboelige sonen er mye nærmere enn Solens

25 By ESO - CC BY 4.0, commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=

26 By NASA/JPL-Caltech - Catalog page Full-res (JPEG TIFF), Public Domain,

27 By ESO/O. Furtak public/ images/ eso1706d/, CC BY 4.0, commons.wik imedia.org/ w/index.php? curid=

28 By NASA/JPL-Caltech - Catalog page Full-res (JPEG TIFF), Public Domain,

29 TRAPPIST-1 Selv om stjernen er lik Jupiter i radius, er massen ca. 84 Jupiter-masser. Temperatur: 2550 K (svært lav, spekteret viser likevel at det neppe er en brun dverg) Avstand til systemet: Beskjedne 39.5 lysår

30 Formørkelser av stjernen By NASA/JPL-Caltech - Catalog page Full-res (JPEG TIFF), Public Domain,

31 Formørkelser av stjernen By ESO/M. Gillon et al. - (TIFF), CC BY 4.0,

32 Muligheter for liv? Problem 1: Bundet rotasjon er sannsynlig for disse planetene De vender antakelig alltid samme side mot stjernen (som månen mot jorden) Store temperaturforskjeller på dag- og nattsiden: svært kraftige vinder

33 Muligheter for liv? Problem 2: Sterk UV- og røntgenstråling observert fra stjernen på så nært hold De nærmeste planetene kan ha mistet opptil 15 jord-hav i vann H 2 O! OH - + H + (sistnevnte unnslipper pga. lav masse og høy hastighet ved samme temperatur)

34 Muligheter for liv? Problem 3: Røde dvergstjerner er mer variable enn Solen (som er relativt stabil) Voldsomme flares som kan doble lysstyrken i løpet av få minutter (kraftige magnetfelt) Bundet rotasjon gir også planetene svakere magnetfelt, som gjør dem mer sårbare for stjernevinden

35 Røde dvergstjerner har likevel to fordeler Det er mange av dem: Selv om det viser seg at stabile miljø for liv er sjeldne rundt slike stjerner, så hjelper det at man har mange stjerner å ta av Disse stjernene lever lenge: Det tok 4 milliarder år før vi fikk liv som vi kjenner det på jorden

36 Hvilke stjerner er det lite sannsynlig å finne liv rundt? Type Masse Temp. Luminositet Levetid Antall O K mill. år % B K mill. år 0.1 % A K 20 1 mrd. år 0.7 % F K 4 3 mrd. år 2 % G K 1 10 mrd. år 3.5 % K K mrd. år 8 % M K mrd. år 80 % Svar: O, B, A og F-stjerner lever i korteste laget til at liv skal oppstå

37

38 Andre metoder Astrometri Direkte oppdagelse

39 Hvor mange eksoplaneter har vi funnet? Ca 5000 så langt

40 Hva finner vi eksoplaneter med? Blå=Doppler, grønn=transitt, oransje=mikrolinsing, rød=direkte

41 Romteleskopet Kepler (2009)

42 Kepler bruker formørkelsesmetoden Se alle planetene:

43 Hva slags planeter finner vi?

44 Hvor store og hvor fjerne?

45

46 Hjemløse planeter CFBDSIR2149: 7 ganger Jupiter. Ingen stjerne i nærheten..

47 Den minste eksoplaneten (til nå)

48 AST Planetsystemet 48

49 Mange varm Jupiter -planeter Store planeter nær stjernen er lettere å oppdage enn mindre/fjernere.

50 Hva har vi lært om dannelse av planetsystemer? Ekstrasolare planeter finnes i bane rundt en betydelig andel av sollignende stjerner. Ca. 10% har kjempeplaneter innenfor noen få AU, omtrent 30% har lettere planeter. Stort mangfold, både i masse og avstand fra stjerna. Tunge grunnstoffer, målt av forholdet mellom mengden jern og mengden hydrogen, til morstjerna spiller en viktig rolle i planetdannelsen.

51 Biologiske signaturer Entydige markører av biologisk aktivitet. Eksempler: Oksygen og metan. Kan finne om en planet har vann ved å studere spekteret (absorpsjonslinjer linjer) For fremtiden mulig å finne ut om planeten har fotosyntese (reflektert lys av planter har spesiell signatur i infrarød stråling)! Video: Hubble Finds Water Vapor On Distant Exoplanet

52 Fremtidige prosjekter GAIA (astrometri/parallakse) James Webb Space Telescope (optisk direkte observasjon av eksoplaneter) PLATO (transittmetoden/formørkelse) EChO (eksoplaneters atmosfærer)

53

54 Trenger du en hobby? Du kan hjelpe til med å lete etter planeter: Gå inn på Hvis du har en smarttelefon, kan du også more deg med eksoplaneter via appen Exoplanet (kun til ios). Android: Exoplanet Explorer

55 Hva med intelligent liv? Sannsynligheten for sivilisasjoner på planeter rundt andre stjerner i vår galakse Drakeligningen. Lytting etter signaler SETI (Search For Extraterrestrial Intelligence) SETI har så langt ikke funnet signaler fra TRAPPIST-1 55

56 Drakelikningen

57 Drakeligningen N = R * f p * n e * f l * f i * f c * L N = antall teknologiske sivilisasjoner i galaksen. R = dannelsesrate for høvelige stjerner i galaksen. f p = brøkdelen av slike stjerner som har planeter. n e = antall høvelige planeter pr stjerne med planeter. f l = brøkdel av slike planeter hvor liv faktisk oppstår. f i = brøkdel av disse planeter som har intelligent liv. f c = brøkdel av planeter med teknologisk kultur som kan og vil sende signaler ut i rommet. L = levetiden for en teknologisk avansert sivilisasjon. Typisk estimat: 1 < N < 10,000,000 57

58 Innsetting i Drakeligningen N = R f p n e f l f i f c L R* ~ 5 <1, 10> f p ~ 0.8 <0.5, 1.0> n e ~ 0.5 <0.1, 3.0> f l ~ 1.0 f i ~ 1.0 <0.1, 1.0> (?) f c ~ 1.0 L ~ 1000 <100, 10 6 > N ~ 2000 <0.5, > Brøkdel ~ 10-8 Avstand ~ 500 ly Estimatene vi har er VELDIG usikre! 58

59 SETIs radioøre Lytting med bl.a. Areciboantennen. Lytting på frekvenser MHz pga. lav bakgrunnsstøy. Også på 21 cm fordi dette er en mye brukt vitenskaplig frekvens. AST Liv i universet 59

60 Du kan hjelpe til Lån bort datamaskinen din til SETI når du ikke bruker den selv. setiathome.ssl.berkeley.edu/

61 Quiz 61