Открытия и исследования экзопланет

[Борислав]

Странно наблюдать такой скачок по периодам, ведь кроме двух внешних планет в системах 55 Рака и Мю Жертвенника периоды остальных едва достигают 10 лет. Быть может, именно большой эксцентриситет позволил вычислить орбиту HD 154345 b - за время наблюдений планета могла находится в районе периастра, где скорости максимальны.

Довольно близкие звезды 18 и 46 пс и обе G-класса, значит они довольно давно попали в целевой поиск. Вспомнилась недавняя работу про обсерваторию Мак-Дональда в Техасе.
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,8397.msg318514.html#msg318514
http://fr.arxiv.org/abs/astro-ph/0604171
30 звезд уже больше 20 лет наблюдают и не одной тяжелой внешней планеты. Значит эксцентричные внешние тяжелые юпитеры действительно довольно редки, тем более что их обнаружить проще чем с круговой орбитой.

[Борислав]

"Предшествующая наука TPF" http://planetquest.jpl.nasa.gov/documents/RdMp272.pdf (9 МБ)
Интересная статья, хоть и 2004 года.
Везде в основном написанно, что процент звезд с открытыми планетами - около 6 процентов. Однако в статье говориться, о том что для 300 лучше всего обследованных звезд на Ликской обсерватории (от F до М классов) с планетами около 15 процентов. Также обращается внимание на уменьшение эсцентричности при увеличение радиуса орбиты  - от 0-0.7 до 0.1-0.3. (следствие миграции и торможения?).
В таблице приведенны основные группы занимающиеся поиском планет на спектрографах. Замечу, что в таблице нет двух крупных групп: N2K и Exoplanet Tracker (ET). Видимо авторы считают, что несмотря на то что они ищут планеты у тысяч звезд их поиск акцентрирован в основном на горячие юпитеры.

[Борислав]

В таблице приведенны основные группы транзитного поиска. Хотя и авторы отмечают, что их больше 20. Любопытно заметить, что по фотометрической точности лидирует MOST - микроспутник, у которого масса гораздо горазда меньше 100 кг. Наиболее интересна группа ищущая планеты у 75 ближайших солнцеподобных звезд с точностью в тысячные доли магнитуды. Возможно ей удасться найти транзит скалистой планеты в ближайшем будущем.

[Борислав]

В таблице сделан обзор проектов микролинзирования. Также авторы отмечают, что на основе двух событий микролинзирования был сделан вывод, о том что между 1 и 4 а.е. юпитеры есть менее чем у 14 процентов звезд. Однако стоит отметить, что большинство наблюдаемых звезд - это красные карлики, у которых юпитеры гораздо реже.

[Борислав]

В таблице сделан обзор фотографических возможностей. Для нынешних крупнейших телескопов приведеная в таблице возможность актуальна для расстояний больше 5 а.е. Интересен факт, что полностью укомплектованные 30-метровые телескопы с АО в следующем десятилетии позволят обнаружить все газовые гиганты у соседних звезд (не попавшие в спектральный поиск)! Возможный  космический 2-метровый коронограф по программе Дискавери сможет искать планеты во внешних областях от 5 а.е.. Также такая миссия может получить сотни изображений пылевых дисков с плотностью в 10 раз превышающей плотность пыли в Солнечной Системе.

[Борислав]

В этой таблице приведены астрометрические проекты. Они осуществляются уже и сейчас. Так проект STEPS ищет газовые гиганты начиная с  1998 года у 30 ближайших красных карликов. Измерения Хабблом Проксимы Центавры и Летяцей Барнада позволи исключить планеты с массой Юпитера между 0.1 и 1 а.е.

[Борислав]

В таблице приведены возможности по обнаружению пылевых дисков у звезд.
После обзора первого космического инфракрасного телескопа IRAS по избытку в излучение выяснилось что около 15% соседних звезд главной последовательности имеют пылевые диски с температурой излучения менее чем 150 K. Это означало о наличие у них поясов из планетоизмалей, сходных с нашим поясом Койпера. Пылевые диски с температурой выше чем 150 К обнаружить гораздо сложней, до сих пор они обнаруженны лишь у 8 звезд основной последовательности. Наиболее мощный диск у Беты Живописца - температуру в нем удалось проследить по крайней мере до 350 К. У некоторое звезды с возрастом больше одного миллиарда лет наблюдается избыток излучения в дальнем инфракрасном диапозоне, что говорит о пыли порожденной столкновениями планетоизмалей.
С запуском Spitzer возможности возрастают, он чувствителен на волнах 24, 70, 160 микрон, что позволит наблюдать пыль с температурой 40-200 К на расстояних от нескольких до нескольких сотен а.е.. Однако низкое разрешение телескопа недостаточно для построения карт диска. Так на  волне 24 микрон, он способен наблюдать диск у которого пыли в 100-1000 раз больше чем в Солнечной Системе, в диапозоне 1-10 а.е, где для солнцеподобных звезд характерные температуры в 100-200 К. На более длинных волнах, где излучение звезды менее мощно, предел излучения пыли составляет около 1-10 раз от нашей Солнечной Системы для пыли с температурой около 50 К, в диапозоне 10-100 а.е.
Другой аспект связан с нуль-интерфероционной технологией. Благодаря ей крупнейшие интерферометры - Keck и VLTI будут способны замерить уровень излучения пыли между 0.1-1.0 а.е. в радиусе 10 пс. LBT-I, со своей короткой 14-й метровой базой, обнаружит излучение на больших расстояниях от звезды, в дипазоне 0.5-5 а.е. Диапозон этой технологии позволяет измерять уровень пыли от 1 до 10 уровней пыли в нашей системе.
Современные наземные телескопы и коронограф на Хаббле позволяют наблюдать визуально лишь диски с мощностью не меньше чем треть от диска Беты Живописца. Будущий 2-метровый коронограф сможет получать изображения дисков в 10 раз мощнее чем пояс Койпера для сотен звезд.
Мощным средством является Большой миллиметровый массив в Атакаме (ALMA), который заработает в конце этого десятилетия. С 64 12-метровыми антенами размещеными в пределах 10 км, она будет способна достичь пространственого разрешения в 30 угловых миллисекунд(это 0,5 а.е. для Беты Живописца и 4 а.е. для ближайших звездо-формирующихся областей). ALMA обеспечит подробные карты плотности за счет небольшого излучения в этом диапозоне родительских звезд.

[Борислав]

Показанно распределение на небе областей вокруг ближайших звезд с возможными землеподобными планетами. Похоже в южном полушарии таких звезд больше.

[Борислав]

Интересные факты для поиска благоприятных для жизни звезд.
Излучение от Солнце за 11-летний цикл не меняется больше чем на 0,1 %. Тем не менее, для промежутка между Средневековым теплым периодом в 1100 годах и минимумом Maunder в 1600 годах изменчивость достигала 0,5%, но она не оказала заметного влияния на климат или жизнь. Считается, что для звезд с переменостью выше чем 1% жизнь маловероятна. Большая доля красных карликов является вспышечными звездами.
В таблице указаны основные инстументы необходимые для подготовительных обзоров для TPF.

[Борислав]

На LBT установленно второе зеркало. Телескоп установленный на горе Graham в юго-восточной части Аризоны, использует два 8.4- метровых зеркала. Они эквиваленты диаметру 11.8- метра.
http://planetquest.jpl.nasa.gov/news/binocularPlanetFinder.cfm

[Борислав]

Значит эксцентричные внешние тяжелые юпитеры действительно довольно редки, тем более что их обнаружить проще чем с круговой орбитой.

Кстате есть еще и уже (!) фотографический обзор для внешних суперюпитеров

http://arxiv.org/abs/astro-ph/0502376

Поиск массивных экзопланет вокруг близких молодых звезд с помощью АО NACO

Авторы утверждают, что их обзор, включивший 28 звезд позволяет получить первый верхний предел для частоты тяжелых планет.
В 50 % случаев никакая планета тяжелее 5 масс Юпитера не обнаружена начиная с 14 а. е., и никакая планета тяжелее 10 масс Юпитера начиная с 8.5 а. е.
В 100 % случаев эти величины возрастают для 36 а.е. и 65 а.е. для тех же масс.
Авторы отмечают, что их обзор значительно глубже, чем предшествующие. Например, для группы Бета Живописца  (возраст 12 млн. лет) они не обнаружили планету массивней 10 масс Юпитера начиная с 15 а. е.. Преведующий обзор, выполненный 4-метровым телескопом давал оценку - 10 масс Юпитера в 60 а. е. Для их ближайшей цели (V2306 Oph в 4.3 pc) получена оценка в 10 масс Юпитера начиная с 1 а. е. и 5 масс Юпитера начиная с 3.7 а.е.
АО на 8-10 метровых телескопах позволяет обнаружить планеты массой 3-10 масс Юпитера вокруг молодых звезд поздних типов (10-200 млн лет), которые имеют контраст с родительской звездой в 100 - 1 000 000 раз, что соответствует разнице в звездных величинах 5-15 магнитуд. Это означает, что планета может быть обнаружена в нескольких десятках а.е. от родительских звезд в радиусе 50 пс.
Таблица целей. Хорошо видно, что большинство принадлежат двум ассоциациям.

[Борислав]

Пределы для обследованных звезд. Замечу, что впечатляющие пределы.

[Борислав]

http://planetquest1.jpl.nasa.gov/TPFDarwinConf/proceedings/posters/p089.pdf
Интересные прогнозы насчет проекта обзора ближайших молодых звезд в северном полушарие на возможное наличие экзопланет с помощью камеры Clio на телескопе MMT начавшегося весной 2006 года.
Диапозон работы камеры был выбран 5 микрон, в связи с тем, что на эту длину волны приходиться максимальное излучение тяжелых Юпитеров (> 5 масс Юпитера) во внешних областях (> 5 а.е.).
Угловая площадь приемника - 15 на 12 угловых секунд.
На основе продолжения массового распределния экзопланет на близких дистанциях (путем измерения лучевых скоростей) в сторону увеличения радиуса орбит до 50 а.е. и в диапозоне 1-15 масс Юпитера делается прогноз числа обнаружений.
Их обзор включит 80 близких (ближе 20 пс) звезд в северном полушарии моложе 1 млрд. лет в широком диапозоне типов М0-F0.
Планируется обнаружить 12-18 компаньенов с массами 4-15 масс Юпитера в диапозоне 17-50 а.е.

[Борислав]

http://planetquest1.jpl.nasa.gov/TPFDarwinConf/proceedings/abstract/abstr100.pdf
Еще один факт. Большая программа Спитцера включает обследование более 150 солнцеподобных звезд. Представлен промежуточный результат обследования 53 FGK звезд обследованных на 24 и 70 микрон с целью найти избыток в инфракрасной области, означающий пылевой диск. Из этих звезд, у 14 уже известны планеты открытые в ходе спектральных обзоров, остальные 39 не имеют известные планеты.
Из этих 39 звезд избыток найден только у 3 в обоих диапозонах. Из 14 звезд с планетами избыток открыт только у 3 на 70 микронах. Только одна звезда показала возможный избыток на 24 микронах. Высокая доля звезд с найденными планетами имеющий избыток, говорит о наличие у них пояса Койпера.

[Alex Swet-Koretski]

 
А я подумал: любопытно, были ли попытки, на основе нынешних данных, проследить, каково распределение экзопланет по отношению к сферической и плоской подсистемам Галактики. Будет ли прослеживаться какая-то специфика

[Борислав]

А я подумал: любопытно, были ли попытки, на основе нынешних данных, проследить, каково распределение экзопланет по отношению к сферической и плоской подсистемам Галактики. Будет ли прослеживаться какая-то специфика

Ну тут играет роль металичность и возраст. Зависимость звезд с планетами от металичность замечена. Поэтому у очень старых звезд (10 млрд.) лет в гало и в шаровиках планет должно быть мало. Другое дело что в основном сферическое население - красные карлики, а у них поиски ведуться только в радиусе 10 пс, поэтому наверняка большинство из них население плоской подсистемы.

[Борислав]

http://arxiv.org/abs/astro-ph/0608597
В работе изучается явление помех в фотометрических поисках планет. Отмечается факт, что транзиты глубиной ниже 2 % легче сортируются от затменных двойных систем, что уменьшает число проверок лучевых скоростей. Однако такие транзиты являются пределом для большинства наземных исследований.
Используя свои оценки шума и его фильтрации они моделируют вероятность нахождения не только горячих Юпитеров, но и горячих Нептунов при наземных поисках!
Имитированная съемка включает 10 000 целей в течение 50 ночей наблюдения с точностью ниже 0,01 магнитуды с интервалом в 5 минут.  Они допускают, что 1 процент целей имеют горячие Юпитеры с периодами между 3 и 10 днями, и что половина звезд являются двойными.
Отмечают, что очень горячие Юпитеры (период 1.2-2 дня) обнаружить значительно легче, на 2-3 порядка при точности 5 миллимагнитуд. Например, для 5 открытых звезд Огле число зафиксированных транзитов было - 7, 12, 9, 10 и 11.
При наблюдениях с больших наземных телескопов, возможно, фиксировать и планеты радиусом 0,3 от радиуса Юпитера (горячие Нептуны). Авторы допускают, что такие планеты встречаются в 10 раз чаще, чем горячие Юпитеры (p.s. - очень смело! при такой бедной статистике). Но точность для этого должна быть < 0.3 mmag. Это крайне мало для наземных широкоугольных исследованиях.
Некоторые графики из работы:

[Борислав]

http://arxiv.org/abs/astro-ph/0608574
Оценки массы и возраста для кандидата в планет-массовую двойную Ophiuchus #11 (2MASS J16222521-2405139) и открытие другой очень широкой низко-массовой двойной Ophiuchus #16  (2MASS J16233609-2402209).
Авторы сфотографировали пять объектов Allers et al. (2006) звездо-формирующей области Ophiuchus. Среди них две двойные #11 (2MASS J16222521-2405139) и #16 (2MASS J16233609-2402209).
#16 необыкновенно широкая двойная (212 а.е.). Массы (100 и 73 масс Юпитера).
Система #11 обнаружена Jayawardhana & Ivanov (2006b) назвавшим ее Oph 162225-240515. У #11 разделение 243 а.е самое большое среди низко-массовых объектов, и на порядок больше чем для самых старых двойных областей низко-массовых объектов. Их оценки для системы - возраст 5(2) млн. лет, температуры -  2375(175) и 2175(175) Кельвинов. Масса на основе пылевой модели (Chabrier et al. 2000) - 17.5(2.5) и 15.5(2.5) масс Юпитера. Эти оценки выше, чем сделанные первооткрывателями системы - 13-15 и 7-8 масс Юпитера (Jayawardhana & Ivanov 2006b). Это означает, что система не двойная из планет-массовых объектов, но самая легкая известная двойная. Так же энергия связи у нее тоже самая небольшая среди двойных (с Vesc=0.5 km/сек), что может серьезно изменить современные теории образования коричневых карликов и звезд.
Oph #11 И Oph #16 образуют новый класс широких (> 200AU), молодых, приблизительно равных по массе низко-массовых двойных, которые могут со временем распасться.
Как я понял пара Oph #11 была обнаружена на Джемини независимо от европейских коллег из ESO еще 1 июля 2006 года. Обе двойные были обнаружены на архивных снимках  POSS II 1993 года, которые подтвердили физическую близость. Они делают вывод, что молодые широких низко-массовые двойные распространенное явление - из 5 наблюдавшихся объектов Allers et al. (2006) #11 и #16 - двойные (40(28) процентов образца).

На рисунке показано место Oph 11 среди всех известных двойных из низко-массовых объектов и коричневых карликов. Старые VLM открытые звезды, открытые кружки - молодые VLM, заполненные символы двойные звездной массы.

[Борислав]

Так как в ответе №446 большую роль отводят телескопу Spitzer то решил почитать по его данным про статистику астероидных и внешних (Койпера) поясов у соседних звезд зрелого возраста массой близкой к солнечной.
Тем более что называются конкретные цифры пределов чувствительности пылевых дисков:
1-10 а. е. (24 микрон); 100-200 К; 100-1000 раз больше чем у Солнца
10-100 а.е. (70 и 160 микрон); 50 К; 1-10 раз больше чем у Солнца
Результаты нехилые, процент открытий пылевых дисков даже больше звезд с планетами. Правда часто встречают противоречивые цифры, которые нужно обмозговывать, хотя конечно доверия больше последним двум работам.

(Обзор №1)
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0411020
Рассказывается о подготовительных работах для Spitzer в субмиллиметровом (на CSO 350 микрон) и миллиметровом (на SEST 1,2 и на OVRO 3 миллиметра) диапазоне для 125 солнцеподобных звезд массой между 0,5 и 2.0 масс Солнца и возрастом между 3 млн. и 3 млрд. лет. Избыток излучения был обнаружен у 4 звезд. Три из них классические звезды T Tauri - RX J1842.-3532, RX J1852.3-3700, и PDS 66 с SEST, а также HD 107146 с пылевым диском на OVRO. RX J1842.9-3532 и RX J1852.3-3700 расположены в соседнем молекулярном облаке R CrA с предполагаемым возрастом 10 млн. лет (Neuh.auser et al. 2000),  PDS 66 - вероятный член нижней подгруппы  Centaurus-Crux (10 млн. лет.) ассоциации Scorpius-Centaurus OB (Mamajek et al. 2004). Избытки не разрешены для SEST с разрешением 24 угловых секунд и вероятно представляют собой протопланетные диски, каждое с предполагаемой массой в 5*10(-5) масс Солнца. Анализ данных (возраст 80-200 млн. лет), указывает, что 3 миллиметровый избыток излучения отцентрирован к звезде в пределах астрометрической неопределенности в несколько угловых секунд - 185 на 120 а.е. область. Распределение дисков вокруг солнцеподобных звезд из молекулярного облака Тельца (2 млн. лет) отлично от возрастов 3-10 млн. и 10-30 млн., что говорит об уменьшение массы пыли или изменение ее свойств.

Наиболее молодые (1 млн. лет) солнечно-массовые звезды окружены дисками (Strom et al. 1989).
Фотометрия в близком-инфракрасном диапазоне JHKL соседних областей звездного формирования (Strom et al. 1989; Haisch, Lada, & Lada 2001), которая изучала распределение во внутренних частях дисков на 0,1 а.е. вокруг солнечных звезд показала избыток излучения в 2-4 микронах у более 80 процентов звезд с возрастом более 1 млн. лет, и уменьшение для звезд возрастом 3 млн. лет до 50 %. В L-диапозоне у звезд возрастом 5-9 млн. лет доля 60 %. Группа Cha (Lyo et al. 2003), обнаружила K-band избыток у звезд PDS 66 (7-17 млн.лет.) (Mamajek, Meyer, & Liebert 2002; Mamajek et al. 2004), и пылевые диски, по крайней мере, у двух участников старой (10 млн. лет) ассоциации Гидра TW (Muzerolle et al. 2000). Для возраста более 10-15 млн. лет внутренний диск, отображающий фотометрический избыток в K-band уменьшается почти в нуль (Mamajek, Meyer, & Liebert 2002).
Аналогично, наблюдения на 10 микронах показывают, что у 20% звезд в ассоциации Гидры TW (Jayawardhana et al. 1999; Weinberger et al. 2004) наблюдается избыток между 0.1 а. е. и 1 а. е., падающий до почти 0 к 30 млн. годам для, по крайней мере, ассоциации Tucana-Horologium (Mamajek et al. 2004).
Наблюдения в дальнем инфракрасном диапазоне IRAS и ISO представляют эволюцию дисков с 1-10 а. е. на аналогичных промежутках времени.
Изучение избытка у звезд в Плеядах и Большей Медведице показали, что масса пыли уменьшается, по крайней мере, на два порядка к возрасту около 300 млн.
Программа FEPS на Spitzer это спектроскопическая и фотометрическая съемка 325 звезд солнечного типа (массы между 0.5 и 2 массами Солнца) возрастом между 3 млн. лет и 3 млрд. лет. Средний и дальний инфракрасный диапазон Spitzer чувствителен к теплой и холодной пыли вокруг этих звезд. Исходный список FEPS включает звезды звездных групп (Плеяды, Альфа Персея, Hyades, и IC 2602), и участники ассоциации Scorpius-Centaurus OB.
В этой работе была исследована выборка из этих первоначальных 325 звезд до 125 звезд, для молодых (< 300 Myr) и ближайших (< 100 pc).

Рисунок.
Показана чувствительность инструментов для обнаружения избытка излучения для дистанции в 50 пс. ISO не показан, его чувствительность лежит между IRAS и Spitzer.

[Борислав]

(Обзор №2)
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0504491
Здесь обсуждается открытие пылевого диска вокруг HD69830. Его массу по теплой пыли оценивают в 25 масс нашего астероидного пояса.(яркость пылевого диска в 1000 раз больше чем зодиакальная пыль) Отсутствие избытка холодной пыли говорит о том, что масса внешнего пылевого диска меньше 5 масс нашего Пояса Койпера.
Интересные детали:
Марси и Фишер обследовали звезду с точностью 0,5 масс Юпитера до 3 а. е. и не обнаружили планет. Хотя IRAS обнаружил небольшой горячий пик на 25 микрон (и отсутствие на 60-100 микронах), звезда не была включена в программу ISO. Температура около 400 К - 1 а. е.
Диск представляет единственный случай среди образца 84 звезд гл. послед. изученного Beichman et al. (2005), также не обнаружено поясов Койпера массивней 5 масс нашего внешнего пояса.

(Обзор №3)
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0506434
Авторы рассказывают об открытие пылевых дисков вокруг 3 солнцеподобных звезд телескопом Spitzer как часть FEPS. Также подтверждается наличие пыли вокруг других 2 звезд. Все звезды показывают инфракрасный избыток на 70 микрон, но исключают избыток меньше 33 микрон. Это ограничивают температуру пыли как < 70 K. Также отмечается факт, что звезды достаточно стары в выборке FEPS 0.7 - 3 млрд. лет. Они проводят наблюдения соседней звезды HD 13974 (d = 11 pc), которые накладывают верхний предел L(IR)/L(Star) <10(-5.2), который лежит в области неопределенности избытка для нашей собственной системы.

В работе указывается, что самые ранние наблюдения на космическом телескопе представленные Meyer et al. (2004) открыли подобные диски (exo-KBs) у двух солнцеподобных звезд HD 105 (30 млн. лет) и HD 150706 (0.4-1 млрд. лет).
Большую трудность представляет по избытку найти массу поясов. Последние модели эволюции пояса Койпера в нашей системе говорят, что на 70 микрон с дистанции 30 пс у Солнца будет наблюдаться избыток в около 21 mJy при яркости фотосферы 5 mJy. Такой избыток будет меньше чем любой из 5 открытых, например это около 30 % от избытка изменения пыли на 70 микронах для HD 145229 со светимостью 0.96 от Солнца в 33 pc. У звезд зрелый возраст - у четверых 1-3 млрд. лет, а HD 145229 - в 0.3 - 1 млрд. лет. Наличие дисков позволяет предположить существование одного или нескольких юпитеров на 10-20 а.е.