Gliese 581. The Lick-Carnegie Exoplanet Survey: A 3.1 M Planet in the Habitable Zone of the Nearby M3V Star Gliese 581

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1 Gliese 581 The Lick-Carnegie Exoplanet Survey: A 3.1 M Planet in the Habitable Zone of the Nearby M3V Star Gliese 581

2 Lick Carnegie Exoplanet Survey 1987 R. Paul Butler, Steven Vogt; Lick Observatory (San Jose) University of California Doppler und RV (Radial Velocity) W.M. Keck Observatorium: Keck I (1993) und Keck II (1996) 10m Hauptspiegel 36 sechseckigen Teilspiegel 4200m auf Manua Kea Abbildung von

3 Exoplaneten 10 November 2010: 496 Planeten 97 Planeten nicht bestätigt 418 Planetensysteme 50 Systeme mit mehreren Planeten Beobachtungen durch RVs, Gravitational Microlensing, Transit Surveys In den letzten Jahren immer mehr Planeten unter 10 M gefunden ( Supererde ) Quelle:

4 Habitable Zone

5 Radial Velocity Observations Indirekte Messung Dopplerverschiebung der Spektrallinien HIRES Specktrometer Angström Verwendung von Doppler Analysis Hauptstörquellen: Photonen Statistik, Stellar Jitter Rechenprozess musste überarbeitet werden wegen einer Unsicherheit von 17%, da die Methode für G und K Sterne ausgerichtet ist, aber bei M Zwergen starkes Rauschen verursacht Notwendigkeit von Vergleichswerten (HARPS) Genauigkeit bis zu 3 m/s für M Zwerge en.wikipedia.org

6 Gliese 581 Entfernung: 6,27 parsec (ca. 20 Lichtjahre) Catalouge of Nearby Stars Red dwarf (Spektralklasse M 3V) Masse: 0,31 M ± 0.02 M Radius: 0,29 R Helligkeit: 0.013L Sternbild: Waage Inaktivste M Zwerg des gesamten HARPS Surveys Geschätztes Alter: 4.3 Gyr RV jitter: 1.9 m/s Stellare Rotations Periode: 94 Tage Auch als Veränderlicher Stern HO Librae bezeichnet (max. Änderung: 0.006mag) Geneva Photometry bestimmt eine max. Änderung von 0.005mag

7 Photometric Observations Kurzzeit Beobachtungen: Helligkeitsänderungen bei niedrigen Amplituden bezüglich der Rotation und Sichtbarkeit von Sternflecken und Plages Langzeit Beobachtungen: Wachstum oder Wiederholung der individuellen aktiven Regionen als auch Helligkeitsunterschiede in Verbindung mit Stellaren magnetischen Aktivitäten herauszufinden Unterstützung bei der Bestimmung ob die RV durch Stellare Aktivitäten oder Reflexionserscheinungen verursacht werden 203 Beobachtungen mit einer Deviation von mag 94.2 ± 1.0 Tage Periode (3. panel) Datensammlung ist nicht lang genug um eine 433-Tage Periode von GJ 581f überhaupt zu messen

8 Orbital Analysis 122 RVs mit HIRES Spektrometer mit Keck 119 RVs bereits existierenden Daten von HARPS (über 4.3 Jahren) Annahme: Exzentrizität von 0 Angenommener Hauptstern: 0.31 M Artefakte bei 1.003d, 29.5d, 180d und 364d Vogt (2010)

9 Orbital Analysis Gliese 581b Tage Planet Bekannt als Hot Neptun Min Masse: 15.6 M AE Helligkeitsabfall: ± mag HZ: viel zu nah Entdeckt: 2005 en.wikipedia.org

10 Orbital Analysis Gliese 581c Tage Planet Min Masse: 5.5 M AE ± mag T ~ 320 K en.wikipedia.org HZ: Außerhalb (innen) Mit großer Atmosphäre und Spin synchronisiert, könnte durch Atmosphäre Habitabilität gegeben sein Andere Paper sagen jedoch, dass der Planet viel zu nahe an dem Stern ist. Entdeckt: 2007

11 Orbital Analysis Gliese 581d 67 Tage Planet Min. Masse: 4.4 M AE ± mag HZ: wie c (außen) Mögliche Treibhauseffekt: 100K en.wikipedia.org Ungesichert ob 67, oder 83, oder sogar Tage Planet Entdeckt: 2007 Geändert : 2009 von Mayor, mit Entdeckung von e

12 Orbital Analysis Gliese 581e 3.14 Tage Planet Min Masse: 1.7 M AE ± mag HZ: viel zu nah Entdeckt: 2009 en.wikipedia.org

13 Orbital Analysis Gliese 581f 433 Tage Planet Min Masse: 7.0 M AE Entdeckt:

14 Orbital Analysis Gliese 581g Tage Planet Min Masse: 3.1 M AE ± mag HZ: ziemlich in der Mitte Entdeckt:

15 Orbital Analysis Integrierten bis zu 10 8 Jahre Kleine Änderungen der Exzentrizität Stabile Große Haupt-Achsen Keine Effekte von noch nicht entdeckten Planeten Planeten Massen müssten um Faktor > 10 sein um Instabilität in 50 Myr zu erzeugen Stabilität nur bei Exzentrizität Exzentrizität ist sehr wahrscheinlich kann aber nicht allzu groß sein Gesamtes Gliese 581 System würde nicht über Erdorbit hinaus gehen Vogt (2010)

16 Gliese 581 g 36,6 Tage Orbit 3.1 M 0,146 AE Bei maximal geschätzter Exzentrizität M erde Radius: R wenn homogen Perowskite Phase MgSiO3 (Erde ähnlich) R wenn Wasser-Eis Gravitation: g (ähnlich wie auf der Erde!)

17 Leben auf Gliese 581 g? Temperatur: Vernachlässigung der Atmosphäre und spektroskopischen Effekte: 203 K M Sterne emittieren einen hohen Anteil der Strahlung im Infrarot -> Treibhauseffekt (abhängig von dicke, dichte und Zusammensetzung der Atmosphäre) -> viel höhere Temperaturen Bond Albedo Annahme wie Sonnensystem: 228K Max. Albedo: 209 K Angenommene Temperatur: K Gravitation/Atmosphäre: Gliese 581g dichter, mehr Masse -> dichtere Atmosphäre (wegen Gravitation) H 2 He? Oberfläche mit zu hohem Atmosphärendruck -> kein flüssiges Wasser auf Oberfläche Atmosphäre hängt von Gas ausstoß bei der Entstehung des Planeten ab und innerer Struktur Dichtere Atmosphäre, wenn Planetenentstehung wie unsere Erdentstehung gewesen wäre Treibhauseffekt würde die Temperatur um 33 K erhöhen Gebundene Rotation (Spin-synchronous): Eine Hemisphäre in ständiger Dunkelheit Nach Joshi et al. (1997) Simulation von Planeten bei M Zwergen -> Habitabel

18 Galaktische Bevölkerungsdichte η Prozentsatz der Sterne, die zumindest einen potentiellen habitablen Planeten besitzen. Potentieller habitabler Planet: Erdähnliche Masse, Orbit in HZ., Radius: zwischen ½ und 2 mal R (Lunine et al. 2008) de.wikipedia.org 6.3 pc: 116 Sonnentyp oder spätere Sterne Bei einer Entfernung von 6.3 pc ist η = 2/116 (1.7 %) 61 Planeten von anderen Bewiesen Nur 9 haben mehr als 200 Beobachtungen 200 Beobachtungen nötig um Erdähnliche Planeten in der HZ zu finden (K oder M Zwerge) η = 9/ pc: 302 Beobachtungen F, G, K und M Zwerge Mit 125 bestätigten und nur 10 mit mehr als 200 Beobachtungen η = 10/302 12pc: 530 Sterne mit 179 mit RV Beobachtungen mit 13 mit mehr als 200 Beobachtungen η = 13/530

19 DIE zweite Erde oder Störquelle? The planet candidate GJ 581g presented here, if confirmed, offers a compelling case for a potentially habitable planet, but its RV signature required the combined power of extensive HARPS + HIRES data sets. Genfer Astronomen konnten Existenz von g und f mit HARPS Daten nicht bestätigen! Nach 6 ½ Jahren systematischer Untersuchung Indirekte Messungen (RVs), bei Mehrfach Planetensystem sehr kompliziert, genaue Unterscheidung zwischen Störsignalen und wirklichen Planeten notwendig! Niveau der Signale von f nicht stärker als Störsignale

20 Quellen Vogt (2010) The Lick-Carnegie Exoplanet Survey: A 3.1 M Planet in the Habitable Zone of the Nearby M3V Star Gliese xkcd.com