Planetas Extrasolares

“El propósito de la Vida es la investigación del Sol, la Luna y los Cielos.”
— Anaxagoras, 459 BC
Credit: Joyce Pullen
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
Mundos lejanos
¿Qué hay más allá
del Sistema Solar?
Astrobiology
Junio 2013
Dante Minniti -PUC
! INTRODUCTION
Kepler
– Galileo
– Europa
! EXTRASOLAR PLANETS
– Search techniques
– Radial Velocities
– Transits
! HABITABLE ZONES
! DIRECT DETECTIONS
– Transmission spectra
– Biomarkers
–
Astrobiology:
Exoplanets
Astrobiology --
Junio 2013
Dante Minniti (PUC)
a
3
Ley de Kepler
G(M* + Mp)P2 = 4π2a3
P = período orbital
a = semieje mayor
M* = masa estelar
Mp = masa planetaria
Johannes Kepler 1571-1630
MISION KEPLER: BUSQUEDA DE PLANETAS TERRESTRES
Astrobiology
Junio 2013
Dante Minniti -PUC
Orbitas
m<M
Centro de masa
M
R
V
r
v
m
Ejemplo: Sol con Júpiter
VJ=10km/s, MJ=0.001Mo
Vo=10m/s
Astrobiology
Junio 2013
m/M = V/v = R/r
Dante Minniti -PUC C.)
2009 fue declarado el Año
Internacional de la
Astronomía por UNESCO.
Galileo construyó su primer
telescopio a fines del 1609.
Este fue un instrumento
científico precioso en sus
manos...
Galileo Galilei
(1564-1642)
Descubrimiento de los
satélites Galileanos
Astrobiology
Junio 2013
Dante Minniti -PUC
Satelite
Diámetro
Densidad
Superficie
Io
3640 km
3.5 g/cm3
Silicatos
& Azufre
Europa
3130 km
3.0 g/cm3
Hielo
Ganymede
5280 km
1.9 g/cm3
Hielo
Callisto
4840 km
1.8 g/cm3
Hielo
Io
Astrobiology
Europa
Junio 2013
Europa (y también
Ganymede y Callisto)
tienen hielo en la
superficie, y un océano
debajo. Lo sabemos
porque podemos medir
sus densidades medias.
Ganymede
Callisto
Dante Minniti -PUC C.)
! INTRODUCTION
Kepler
– Galileo
– Europa
! EXTRASOLAR PLANETS
– Search techniques
– Radial Velocities
– Transits
! HABITABLE ZONES
! DIRECT DETECTIONS
– Transmission spectra
– Biomarkers
–
Astrobiology:
Exoplanets
Astrobiology --
Junio 2013
Dante Minniti (PUC)
“Existen infinitos mundos…”
“En el espacio hay
numerosas Constelaciones,
Estrellas y Planetas; vemos
solo los Soles porque ellos
dan luz; los planetas
permanecen invisibles
porque son pequeños y
oscuros. Existen también
numerosas Tierras orbitando
alrededor de sus Soles.”
Pero cómo
encontrarlos?
Giordano Bruno 1564-1604
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
Observatorio de Cerro Tololo
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
Hay unas 100.000.000.000 estrellas en nuestra galaxia.
Y cuántos planetas?
Entre 1010 y 1012 planetas - y encontramos unos 500…
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
SSO
Planetas extrasolares
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
What is a planet?
The discovery of planets (particularly transits) forced to discuss the issue,
because low mass objects have similar sizes.
Planets are opaque bodies that reflect light from their parent stars (except
Jupiter decametric emission).
The planet definition depends on the formation mechanism.
Here I adopt simple definitions using mass:
M/M > 0.080 is a star
0.025
(04 Jun 11)
Astrobiology --
0.015 < M/M < 0.080 is a brown dwarf
Sydney 2003
M/M < 0.015 is a planet
Junio 2013
Dante Minniti (PUC)
Técnicas de búsqueda
Porqué es tan difícil descubrir exoplanetas?
Problema de distancia: las estrellas están muy lejos!
• problema de brillo:
los planetas son intrínsicamente débiles
• problema de contraste:
los planetas están cerca de sus estrellas
• problema de separación:
los planetas están pegados a sus estrellas
Astrobiology --
Junio 2013
Dante Minniti (PUC)
Técnicas de búsqueda
Velocidades radiales
Tránsitos
Astrometría
Microlentes
Tiempos de demora
Detectiones directas
Otros métodos
Astrobiology
Junio 2013
Dante Minniti -PUC C.)
Técnicas de búsqueda
Las búsquedas usando velocidades radiales, tiempos de
demora, microlentes, y astrometría dependen de las masas de
las estrellas/planetas.
Las búsquedas de tránsitos dependen de los tamaños de las
estrellas/planetas.
Las detecciones directas dependen del brillo de las estrellas/
planetas (tamaños, temperaturas, albedos, ejes orbitales).
Astrobiology
Junio 2013
Dante Minniti -PUC C.)
Velocidades Radiales
Observar desde la Tierra el movimiento Doppler de las líneas
espectrales para medir velocidades radiales precisas. Estas
búsquedas de planetas necesitan espectrógrafos de alta dispersión.
Doppler Effect 
V = c dL/L
Velocidades
Radiales
Órbita del planeta extrasolar
Kepler 
a2/P3 = M*+mp
Se obtiene el período y la masa del planeta (módulo sin i).
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
Velocidades
Radiales
El Sistema Solar observado desde una estrella cercana
precisión = 10 m/s 
Júpiter,
r
ite
p
Jú
precisión = 3 m/s 
Saturno,
Sa
tu
precisión = 1 m/s 
Neptuno,
rno
precisión = 1 cm/s 
Tierra
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
Radial Velocities
Problems:
Astrobiology --
Junio 2013
• Costly in telescope time
• Bias towards massive planets and short periods
• The mass remains undetermined until the
inclination of the orbit can be measured
(we obtain Mp sin i).
Dante Minniti (PUC)
!
!
Radial velocity (RV) curve: doppler shift
vs time
We measure the period P from the RV
curve:
We get the semimajor orbital axis a from
Kepler’s 3rd Law:
P
velocity
!
K
G(Mp + M*)P2 = 4π2a3
!
The velocity of the planet is:
Vp2 = GM*/a
!
From momentum conservation:
time
Mp = M*V*/Vp
!

We measure the amplitude K of the RV
curve: K = V* sin i
we obtain Mp sin
Astrobiology --
Junio 2013
i
Aside from the M sin i and P, the
shape of the radial velocity curve
gives the orbital eccentricity.
!
Dante Minniti (PUC)
Orbital Elements
line
of n
ode
periastron
s
Ω
•
•
2a
Semimajor axis a
Period P
lin
f
eo
ap
e
sid
•
Excentricity e
•
Inclination i
•
Longitude of the ascending node ω
•
Argument of the periastron Ω
•
Time of periastron passage τ
Astrobiology -- November 2008
ω
s
vernal equinox
γ
p
le
ce
l
tia
eq
s
i
ary o
lanet
rbit
RV curves give P, a, e, Ω, τ
Dante Minniti (PUC)
r
to
a
u
Radial velocities
M= 1.989×1030 kg
MJup = M/1048
MSat = M/3497
MTierra=M/332946
!
Planets orbit around the center of mass of the Solar system. This is located
close to the center of the Sun because it is by far the most massive body. But
the Sun also orbits around this barycenter.
– Note that Jupiter has contains more than double the mass of all the
other planets together.
!
Jupiter moves the Sun with an amplitude of A = 12.5 m/s and a period of P = 12
yr. For Saturn A = 2.7 m/s, and P = 30 yr.
!
Nowadays the search is sensitive to planets with orbits of a < 5 a.u. and planet
masses of MP > 0.2 MJ.
!
Current records: a dozen hot Neptunes with ~10 ME, a few of Super-Earths with
~5 ME , and a couple with 2 ME . It is very very hard to detect Earth mass planets
using this technique.
Astrobiology --
Junio 2013
Dante Minniti (PUC)
Velocidades
Radiales
El primer planeta extrasolar
detectado usando velocidades
radiales se descubrió en 1994.
El primer sistema de varios
planetas se descubrió en
1999.
Estos descubrimientos
cambian nuestra visión:
– Sabemos a ciencia cierta
que hay otros sistemas
planetarios.
– Los sistemas planetarios
podrían ser abundantes en
nuestra galaxia.
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
Velocidades
Radiales
–
Una sorpresa: descubrimiento de los “Júpiters calientes”, que se
están evaporando por estar muy cerca de sus estrellas madres.
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
Hot Jupiters
Very short period
planets are easy to
find.
The Roche limit for
solar mass stars is:
RR = 2.44 R* (r*/rp)1/3
corresponding to
P~1d. There are
planets all the way to
the Roche limit.
Astrobiology --
Junio 2013
Dante Minniti (PUC)
Incompleteness severe for M < 1 Mj
A crude extrapolation gives a few Earthmass Planets per 100 Stars
inc
te
e
l
p
om
BD desert
Astrobiology --
Junio 2013
Dante Minniti (PUC)
Velocidades
Radiales
Técnica muy exitosa:
>1000 planetas
~200 sistemas
planetarios
(http://exoplanet.eu)
¿El Sistema
Solar es único?
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
semieje
orbital (UA)
Distribución de masas
150.0
Número de planetas
Las búsquedas no son sensibles para
planetas menos masivos, que son los
más numerosos.
Una extrapolación cruda nos da unos
pocos planetas de masa terrestre cada
100 estrellas.
112.5
75.0
37.5
0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5
8.5
9.5 10.5 11.5 12.5 13.5 14.5
M sin i (MJ)
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
0
Santos et al. 2000
Metallicities
Metallicities vs masses
for stars with planets (red
circles) and without
planets (blue squares).
Sun
Conclusion: stars with
planets are metal rich.
Change the strategy:
select the more metal-rich
objects.
N2K program: next 2000
stars with 7<V<9
(Fischer et al. 2005)
Astrobiology --
Junio 2013
Dante Minniti (PUC)
Santos et al. 2000
Metallicities
Why are stars with planets more
metal-rich?
1. The high metallicities are
primordial, and favor the
formation of planets simply
because there is more heavy
material for them.
Normalized metallicity distribution:
planets favor metal-rich stars
2. The high metallicities are a
result of pollution by the same
planetary material.
Fischer & Valenti 2005
The answer may be found by studying different stellar populations across the MW.
Astrobiology --
Junio 2013
Dante Minniti (PUC)
Velocidades radiales en la UC
Ejemplo: descubrimiento de 5 planetas gigantes con el
telescopio Magallanes de 6.5m.
(Pamela Arriagada, et al. 2009, The Astrophysical Journal, 711, 1229)
Astrobiology
Junio 2013
Dante Minniti -PUC C.)
Censo actualizado: exoplanet.eu
Astrobiology
Junio 2013
Dante Minniti -PUC C.)
Técnicas de búsqueda
Velocidades radiales
Tránsitos
Astrometría
Microlentes
Tiempos de demora
Detectiones directas
Otros métodos
Astrobiology
Junio 2013
Dante Minniti -PUC C.)
Lynnette Cook
Ocultaciones o tránsitos
E.g. un zancudo que vuela delante de un faro a 100 km de distancia
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
Eclipse o tránsito
Astronomía UC
período orbital
Junio 2013
Dante Minniti
Ocultaciones o tránsitos
Requiere mediciones de precisión del brillo de las estrellas.
Astrobiology
Junio 2013
Dante Minniti -PUC)
Transits
!
Need exquisite measurements of the stellar brightness, sensitive to giant planets.
!
Knowing the dependence of R* with M* for MS stars, the transit time depends on the
orbital period and the star mass as:
tT=13(M*/Mo)1/2(a/1AU)1/2 hours
!
The transit depth depends on the relative planet and star sizes:
!
For typical main-sequence stars:
!
Need M*, R*
A=(Rp/R*)2
–
Transit durations 2h – 20 h
–
Transit depths 0.0001-0.01 mag
Examples:
Jupiter transit 0.01 mag, tT=30h
Earth transit 0.000084 mag, tT=13h
Astrobiology
Junio 2013
Dante Minniti -PUC C.)
Ocultaciones o tránsitos
Misma estrella, distintos planetas
Conclusión: es más fácil detectar tránsitos de planetas gigantes
que planetas tipo Tierra
Astrobiology
Junio 2013
Dante Minniti -PUC C.)
Ocultaciones o tránsitos
Distintas estrellas, mismo planeta
Conclusión: es más fácil detectar tránsitos de planetas en
estrellas más pequeñas
Astrobiology
Junio 2013
Dante Minniti -PUC C.)
Problemas

Dependencia de la forma de los tránsitos con la
inclinación orbital en el ingreso y egreso.
Astrobiology
Junio 2013
Dante Minniti -PUC
Problemas
El método de tránsitos tiene un gran bias: favorece
la detección de planetas de corto período.
Astrobiology --
Junio 2013
Dante Minniti (PUC)
Problemas
Contaminación de objetos estelares y subestelares pequeños: los tamaños
de las estrellas M, enanas marrones, y planetas gigantes son similares.
S
M
L
HJ
J
Sol
Gliese 229
Gliese 229b
HD209458
Júpiter
T=5800K
T~3400K
T~1500K
T~1000K
T~200K
M=1000Mj
M~300Mj
M~50Mj
M~1Mj
M=1Mj
R=10Rj
R~1-3Rj
R~1Rj
R~1.3Rj
R=1Rj
Astrobiology
Junio 2013
Dante Minniti -PUC
Distribución de tamaños
Número de planetas
20
0.1
Las búsquedas no son
sensibles para planetas
pequeños.
15
Hasta ahora la mayoría son
más grandes que Júpiter.
10
5
0.3
0.5
0
0.7
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
1.9
Radio (RJ)
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
Estructuras internas
Tierra
contiene un
núcleo pesado
con ~70MT
Astronomía UC
Junio 2013
es el 1er planeta
“inflado”, casi
todo gaseoso
con ρ < 1
Dante Minniti
Ocultaciones o tránsitos
Importancia: las VR nos dan la masa y los tránsitos nos dan
los radios de los planetas  podemos estimar las
densidades de esos planetas para saber si son sólidos,
líquidos o gaseosos.
M,R  ρ
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
HD209458 transit
Tested method: Charbonneau et al. (2000) and Henry et al. (2000)
found transits in a planet previously discovered by radial velocities.
Lynette Cook
!
!
!
!
!
P = 3.52 d
Mp = 0.69+/-0.05 Mjup
!
Rp = 1.35+/-0.06 Rjup
!
a = 0.047 UA
Rs = 1.15+/-0.05 Ro
!
i = 86.6+/-0.14 deg
tT = 184.25 min
!
A = 0.015 mag
Astrobiology --
Junio 2013
ρ = 0.4 g/cm3
Gas giant
Dante Minniti (PUC)
Gas giant planets
Jupiter and Saturn are massive,
with high gravities. They are
made mostly of H and He, not
in Solar proportion
! Saturn has a larger core than
Jupiter, even though its mean
density is the lowest of all the
planets
! They have rings and a rich
system of satellites.
!
Astrobiology --
Junio 2013
Dante Minniti (PUC)
0.2
0.5
1.0
density=2.0
M,R  p
Hay unos 100 tránsitos de exoplanetas conocidos. Esos son importantes
para medir densidades medias y testear los modelos. Algunos tienen
radios inflados debido a la radiación estelar:
Modelos sin radiación 1Rj
Models con irradiación  >1Rj
Astrobiology
Junio 2013
Radios vs Masas
Dante Minniti -PUC C.)
Extrasolar Neptunes
Transit of a Hot Neptune
Detection of the planetary transit in the
nearby M-dwarf star GJ 436 using small
telescopes with R = 0.35 RJ. The small
size confirms that it is a Neptune-like
planet, probably made of ice, and with
an atmosphere of light elements (H, He).
The models are complicated because
they have several ingredients:
composition, albedo, irradiation,
atmospheric structure, particle
condensation, clouds, rain, snow, solid
core, etc.
PLANETARY MODELS: Allard et al. 2003,
Sudarsky et al. 2003, Baraffe et al. 2003,
2005, Burrows et al 2002, 2003, Chabrier et
al. 2004, Bohdenheimer et al. 2005.
Astrobiology --
Junio 2013
Guillon et al. 2007
Dante Minniti (PUC)
R/RJ
1.5
1.0
0.5
0
Radios vs Masas
0.01
0.1
1
10
M/MJ
Tránsitos planetarios en la UC
Ejemplo: Detection of the occultation of WASP-4b in the nearIR with the ESO VLT telescope
(Claudio Cáceres, et al. 2011, Astronomy & Astrophysics in press.)
Astrobiology
Junio 2013
Dante Minniti -PUC C.)
¿Otros tipos de planetas desconocidos?
 Planetas inflados: planetas irradiados gaseosos, mayores que Júpiter
 Gigantes de transición: densidades bajas, entre Saturno y Neptuno
 Planetas de agua: como Neptuno, con densidades bajas
 Super Tierras: planetas rocosos, pero más masivos que la Tierra
 Super Titanes: planetas mas masivos que Titán, con metano líquido
Astrobiology
Junio 2013
Dante Minniti -PUC
Ya descubrimos exoplanetas…
¿y ahora qué?
El laaaaargo camino entre el
descubrimiento y el conocimiento.
Ejemplo Galileo Galilei vs Misión Galileo
Aprender más!!!
Astrobiology
Junio 2013
Dante Minniti -PUC C.)
Somewhere, something
incredible is waiting to
be known...
Carl Sagan
! INTRODUCTION
Kepler
– Galileo
– Europa
! EXTRASOLAR PLANETS
– Search techniques
– Radial Velocities
– Transits
! HABITABLE ZONES
! DIRECT DETECTIONS
– Transmission spectra
! BIOMARKERS
– Expectations
–
Astrobiology:
Exoplanets
Astrobiology --
Junio 2013
Dante Minniti (PUC)
Tierra hay una sola...
¿O no?
Planeta potencialmente habitable:
planeta de tamaño y masa similar a la Tierra, donde el
agua superficial puede permanecer en estado líquido.
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
Agua líquida en la
superficia significa
que la temperatura
es adecuada para
la vida.
Rango de supervivencia en temperaturas
Mancinelli & Rothschild (Nature 2001)
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
The stellar habitable zone
In the Solar system, the HZ is located between the orbits of Venus and Mars. But
watch out for exceptions:
!
Some eccentric planets can spend most of the time in the HZ.
!
Tidal heating of moons not considered, this can provide liquid water all over the
Solar system (e.g. Europa)
!
Other kinds of life could extend the concept.
1 U.A.
F
Astrobiology --
G
Junio 2013
K
M
Dante Minniti (PUC)
The stellar habitable zone
Range of planetary orbits
where water remains
liquid
Kasting et al. (1993)
For late-type MS stars, if the planets are tidally locked, they rotate very
slowly, giving always the same face to the star.
E.g. Prot = 10 hr for Jupiter, Prot = 4 d for HD209458.
Astrobiology --
Junio 2013
Dante Minniti (PUC)
La zona estelar habitable
T
Astronomía UC
zona
habitable:
agua en
estado
líquido
Junio 2013
línea de nieve
d
Dante Minniti
Planeta Gliese 581-g
6 planetas - Septiembre 2010
El primer planeta que podría albergar vida!
Tiene agua? No sabemos, pero si tuviera agua, estaría en estado líquido.
Tiene vida? No sabemos, pero si hay agua líquida, podría haber vida.
Qué tipo de vida? No sabemos…
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
La zona estelar habitable
T
HZ:
agua
líquida
línea de
nieve
d
Gliese 581: estrella enana de tipo M a 20 años luz
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
Mares del Sistema Solar
¿Cuántos océanos de agua líquida hay en el Sistema Solar?
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Tierra
Europa
Callisto
Ganymede
Enceladus
Urano
Neptuno
…
HZ
También: Titán tiene mares de alcohol
Astrobiology
Junio 2013
Dante Minniti -PUC
Y
E
V
R
U
S
O
V
E
VVV: UN NU
A
I
X
A
L
A
G
A
DE L
SOL
vvvsurvey.org
VISTA Near-IR Wide Field Camera
VISTA and the VLTs at Paranal
vvvsurvey.org
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
Planetas Extrasolares
Mediciones de tránsitos en estrellas pequeñas (tipos
K y M) con VISTA nos permitiran medir los períodos,
inclinaciones y tamaños de planetas pequeños.
Dónde está el Júpiter más cercano?
Dónde está el Neptuno más cercano?
...
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
saturation
E
VVV
600000
STARS
K+M dw
D
4.5 sqdeg
b209+b210+b211
Necesitamos mejor
estadística: seleccionar
una muestra muy grande
de estrellas pequeñas
(tipos K y M)
Astronomía UC
Bulge RGB
Disk MS
Bulge RGC
Junio 2013
Bulge MSTO
photometric limit
Roberto Saito
Dante Minniti
Tránsitos VVV
VVV puede detectar tránsitos
vvvsurvey.org
 G2 dwarf @ 1.4kpc
 M6 dwarf @ 100pc
de super-Tierras orbitando
estrellas tipo M.
Simulaciones de tránsitos:
Tránsitos faseados para
5 años de VVV
Tránsitos incluyendo
observaciones de
regiones repetidas
durante el último año
Roberto Saito
Asociacion Argentina de Astronomia La Plata, Sep 2009 Dante Minniti
! INTRODUCTION
Kepler
– Galileo
– Europa
! EXTRASOLAR PLANETS
– Search techniques
– Radial Velocities
– Transits
! HABITABLE ZONES
! DIRECT DETECTIONS
– Transmission spectra
– Biomarkers
–
Astrobiology:
Exoplanets
Astrobiology --
Junio 2013
Dante Minniti (PUC)
Técnicas de búsqueda
Velocidades radiales
Tránsitos
Astrometría
Microlentes
Tiempos de demora
Detectiones directas
Otros métodos
Astrobiology
Junio 2013
Dante Minniti -PUC C.)
Search for extrasolar planets
!
The searches using radial velocities, timing, microlensing, and
astrometry depend on the masses of the stars/planets.
!
The transit searches depend on the sizes of the stars/planets.
!
The direct detections depend on the brightness of the stars/
planets (i.e. sizes, temperatures, albedos, semimajor orbital
axis).
Astrobiology --
Junio 2013
Dante Minniti (PUC)
Direct planet
detection
L = 4 π R2 σ T4
Tp ~ L1/4 /d1/2
Astrobiology --
Junio 2013
The Solar
System at
10pc
Dante Minniti (PUC)
Direct planet
detection
L = 4 π R2 σ T4
Tp ~ L1/4 /d1/2
Earth
Astrobiology --
Junio 2013
The Solar
System at
10pc
Dante Minniti (PUC)
Direct planet
detection
L = 4 π R2 σ T4
Tp ~ L1/4 /d1/2
Jupiter
Astrobiology --
Junio 2013
The Solar
System at
10pc
Dante Minniti (PUC)
Espectroscopía de transmisión
Podemos detectar biomarcadores
en las atmósferas de planetas
extrasolares orbitando dentro de
la zona habitable de estrellas
cercanas?
Difícil, pero no imposible...
PONTIFICIA ACADEMIA SCIENTIARUM
09 Nov 2009
Dante Minniti
HD209458 transit
Espectroscopía de transimisión:
Doblete del Na 5890A con STIS+HST,
débil en comparación con modelos.
M=0.63 MJUP
R = 1.4 RJUP
ρ = 0.4 g/cm3
 Gas giant
Brown & Charbonneau 2001.
SUBARU limits:
Narita et al. 2005
Astrobiology
Junio 2013
Dante Minniti -PUC C.)
Espectroscopía de transmisión
Detección de agua y metano
Astrobiology
Junio 2013
Tinetti et al. 2007, Swain et al. 2008
Dante Minniti -PUC C.)
Biomarcadores espectroscópicos
Podemos detectar biomarcadores usando las herramientas
del astrónomo?
• UV  O3 3200A
• Optical  O2 7600A, O3 5800A, H2O,7200A, 8200A,
9400A, CH4 7900A, 8900A, CO2 10500A, chlorophyll
edge 7200A
 Earthshine spectrum (Woolf et al. 2002, Arnold et al.
2002): señal de vegetation a 7200A
• IR  O3 10µm, N2O, O2 , CH4 , CO2 , H2O
 Earthshine spectrum (Turnbull et al. 2005)
Des Marais et al. Astrobiology (2002)
Astrobiology
Junio 2013
Dante Minniti -PUC C.)
Test del Ozono: receta para detectar vida a la distancia
Espectros de la Tierra, Venus y Marte
25c
470c
-50c
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
Searching for life
No way to travel there, we must use telescopes.
Searching for life as we know it:





The 1st step is to find a rocky planet in the stellar habitable
zone (HZ), although it could also be a satellite of a gas giant.
The planet should be in the Galactic habitable zone, not in a
globular cluster or close to the Galactic center.
The planet should not be tidally locked, ruling out most latetype stars.
The system should not be young, so that there are not too
many catastrophic comet/asteroid impacts.
Find an atmosphere that shows out of equilibrium
composition, containing known biomarkers. (But because our own
atmosphere has changed, we have to catch the planet at the right time in evolution
in order to see the biomarkers that we expect.)
Astrobiology --
Junio 2013
Dante Minniti (PUC)
Evolución de la atmósfera terrestre
Problema: evolución de la composición química de la atmósfera.
Titán hoy
Astronomía UC
Junio 2013
Tierra hoy
Dante Minniti
Espejos de los telescopios más grandes
GM
TM
T
T
EEL
T
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
El Futuro desde la Tierra: E-ELT
Extremely large telescopes (ELTs) construídos para el ~2020
El E-ELT será un
telescopio de 40m
de diámetro en Chile
que permitirá
caracterizar otras
Tierras alrededor de
estrellas cercanas.
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
Preguntas sin contestar...
!
¿Dónde está la Tierra extrasolar más cercana?
!
¿Podremos saber si hay vida en ese planeta
usando las herramientas del astrónomo?
Observatorio
Las Campanas
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
N>1000 planetas,
pero no sabemos…
La fracción de estrellas con distintos tipos de planetas
Las estrellas que tienen Tierras en la zona habitable
La forma de la distribución de masas/densidades
Nada sobre los colores o espectros de exoplanetas
Nada sobre sus atmósferas, nubes, superficies, mares o
variaciones estacionales
Nada sobre la habitabilidad o signos de vida de exoplanetas
Y nada sobre la pregunta más importante...
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
Wish list…
>1000 planets
1st system with 10 planets
1st exomoon
1st exorings
1st exoEarth analog (technique?)
Solid evidence of life outside Earth
Another communicative civilization
1st human in another exoplanet
year
~2013 +/- 1
~2015 +/- 1
~2016 +/- 1
~2025 +/- 1
~2035 +/- 1
~2035 +/- 10
~2150 +/- 10
~5000 +/- 1
¿Existe vida inteligente?
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti
ww
w.
as
tro
.p
u
c.c
l/a
str
o
bio
20
13
A s t ro bi ol o gía
Fuentes
Lista de páginas web para explorar:
Solar System: http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary
Astrobiology: http://www.astrobiology.com
SETI: http://www.seti-inst.edu
Extrasolar planets: http://exoplanet.eu
Lick group: http://exoplanets.org
Geneva group: http://obswww.unige.ch/planet
Astrobiology
Junio 2013
Dante Minniti -PUC C.)
References (+ must read)
EXOPLANET SEARCHES: REVIEWS OF METHODS
!
+ Perryman M., 2000 Extra-solar planets. Rep. on Progress in Phys., 63, 1209
!
Schneider, J. 1999, The study of extrasolar planets: methods of detection, first discoveries,
and future perspectives, C.R. Acad. Sci. Paris Ser.II, 327, 621
RADIAL VELOCITIES
!
+ Mayor, M., & Queloz, D. 1995, A Jupiter-mass companion to a Solar-type star, Nature,
378, 355
!
+ Marcy, G., & Butler, P. 2000, Planets orbiting other Suns PASP, 112, 137
!
Marcy, G., & Butler, R., 1998, Detection of extrasolar giant planets, ARA&A, 36, 57
!
Butler, R., & Marcy, G., 1996, A planet orbiting 47UMa, ApJ, 464, L53
!
Rivera, E. J., et al. 2006, "A 7.5 Mass Planet Orbiting the Nearby Star GJ 876", ApJ
!
Bonfils, X., et al. 2006, "The HARPS Search for Extrasolar Planets VI. A Neptune Mass
Planet Around the Nearby M Dwarf GL 581", A&A, in press (astro-ph/0509211)
Astrobiology --
Junio 2013
Dante Minniti (PUC)
References (+ must read)
ATMOSPHERIC EFFECTS
+ Charbonneau, D. et al. 2002, "Detection of an Extrasolar Planet Atmosphere", ApJ, 568,
377
!
+ Webb et al. 2000, Could We Detect Molecular Oxygen in the Atmosphere of a Transiting
Extra-Solar Earth-Like Planet?, astro-ph/0101375
!
Collier-Cameron, A., et al. 1999, Probable detection of starlight reflected from the giant
planet orbiting Tau Bootis, Nature, 402, 751
!
Moutou et al. 2000, Search for spectroscopical signatures of transiting HD 209458b's
exosphere, A&A, 371, 260
RECENT STATISTICS AND REVIEWS
!
+ Marcy, G., et al., 2005, Observed Properties of Exoplanets: Masses, Orbits, and
Metallicities, Progress of Theoret. Phys. Suppl., 158, 24
!
+ Santos, N. C., Benz, W., & Mayor, M., 2005, Extrasolar Planets: Constraints for Planet
Formation Models, Science, 310, 251
Astrobiology --
Junio 2013
Dante Minniti (PUC)
References (+ must read)
ASTROBIOLOGY
! + Kasting, J. et al. 1993, Habitable zones around main sequence stars, Icarus, 101, 108
!
+ Woolf, N., & Angel, R. 1998, Astronomical searches for Earth like planets and signs of life,
ARA&A, 36, 507
!
+ Stevenson, D. 1999, Life-sustaining planets in interstellar space, Nature, 400, 32
!
+ Lineweaver, C. H., Fenner, Y., & Gibson, B. K. 2004, "The Galactic Habitable Zone and
the Age Distribution of Complex Life in the Milky Way", Science, 303, 59
!
Wiedeman, G., et al. 2001, A sensitive search for methane in the infrared spectrum of Tau
Bootis ApJ, 546, 1068
!
Willians, D., et al. 1997, Habitable moons around extrasolar giant planets, Nature, 385, 234
!
Schneider, J. 1994, On the search for O2 in extrasolar planets, A&SpaSci, 212, 321
!
Traub, W., & Jucks, K 2002, A Possible Aeronomy of Extrasolar Terrestrial Planets, astro-ph/
205369
Astrobiology --
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Dante Minniti (PUC)
Agradecimientos
Specola Vaticana
Astronomía UC
Junio 2013
Dante Minniti