waelkens pres

(1)

De

Pluraliteit der Werelden

Ons

en

andere planetenstelsels

Lessen

voor

de 21ste

Eeuw

Leuven

(2)

Overzicht

λ

Het heelal

in

een notedop

λ

De

universaliteit

van de

natuurwetten

λ

De

verkenning

van

ons zonnestelsel

λ

Het ontstaan

en de

geschiedenis

van

ons zonnestelsel

λ

Mogelijke detectie

van

andere planetenstelsels

λ

Exosolaire planeten

λ

Systematiek

van

exostelsels

λ

Het ontstaan

en de

geschiedenis

van

planetenstelsels

λ

(3)

Het heelal

(4)

De

universaliteit

van de

natuurwetten

λ

In

het

‘

oude

’

wereldbeeld

was

er een onderscheid tussen

het

‘

ondermaanse

’

en

het

‘

bovenmaanse

’

:

•

• andere wetten andere wetten ((vergankelijkheid vergankelijkheid versus versus volmaaktheidvolmaaktheid)) •

• andere samenstelling andere samenstelling ((vier elementen vier elementen versus versus quintessensquintessens))

λ

Newton en de

appel doorbreken dit beeld

:

dezelfde

universele

gravitatie heerst boven

en

beneden

.

λ

Sindsdien heeft

men

dit doorgetrokken naar alle

natuurwetten

:

astrofysica

,

astrochemie

,

…

λ

En

het werkt zo goed dat het principe

van

universaliteit zelf

het statuut heeft gekregen

(5)

De

(6)

De

universaliteit

van de

natuurwetten

λ

Wat steekt erachter

?

•

• We We zijn verwonderd omdat zijn verwonderd omdat we de we de wetten wetten in in eerste instantie zien eerste instantie zien als deze

als deze op op een kleine geeen kleine geïïsoleerde plaatssoleerde plaats.. •

• MaarMaar: we : we zijn helemaal niet gezijn helemaal niet geïïsoleerdsoleerd, , maar maar product van de product van de evolutie

evolutie van van het hele heelalhet hele heelal.. •

• Met Met andere woordenandere woorden: : het zijn het zijn de de wetten wetten van van het heelalhet heelal, die , die hier hier gelden omdat ze overal geldig zijn

gelden omdat ze overal geldig zijn..

λ

Opgepast

: de

universaliteit

van de

natuurwetten

herkennen

is

niet hetzelfde als

die

wetten volledig kennen

!

Het helpt wel om ze beter te leren kennen

(7)

De

verkenning

van

ons zonnestelsel

Vier

Vier ‘‘aardseaardse’’ planetenplaneten niet

niet al al te grootte groot vast/

vast/vloeibaar binneninvloeibaar binnenin, vast , vast oppervlakoppervlak, , een beetje atmosfeereen beetje atmosfeer samenstelling

samenstelling: O, C, N, Mg, Fe, : O, C, N, Mg, Fe, SiSi, ..., ...

QuickTime™ and a TIFF (Uncompressed) decompressor

(8)

De

verkenning

van

ons zonnestelsel

Vier

Vier reuzenplanetenreuzenplaneten een orde

een orde van van grootte grotergrootte groter kleine

kleine vastevaste kernkern, , verder vooral gasbollenverder vooral gasbollen samenstelling

samenstelling: H, He; : H, He; verderverder O, C, N, Mg, Fe,O, C, N, Mg, Fe, SiSi, ..., ...

(9)

De

verkenning

van

ons zonnestelsel

Planeten hebben grote

Planeten hebben grote en en kleine satellietenkleine satellieten

are needed to see this picture.

(10)

De

verkenning

van

ons zonnestelsel

Tussenin

Tussenin: : kleine planetenkleine planeten, , kometenkometen, , stofdeeltjesstofdeeltjes

(11)

Van ISM tot

planetenstelsel

Schijven zijn een normaal bijproduct

(12)

Evolutie

van

stofschijven

Universele samenstelling Universele samenstelling 98% in 98% in massa massa is H en Heis H en He 2% O, C, N, 2% O, C, N, NeNe, Fe, Mg, , Fe, Mg, SiSi,,…… Schijf

Schijf is 99% gas en 1% is 99% gas en 1% stofstof, , maar maar structuurvorming

structuurvorming start in start in het stofhet stof,, met

met vooal zwaardere elementenvooal zwaardere elementen.. Drie fasen

Drie fasen::

-- Snelle Snelle (10000 (10000 jrjr) ) vorming vorming van van grote grote steenblokken

steenblokken;;

-- Tragere Tragere (100000 (100000 jrjr) ) vorming vorming van van planetesimalen

planetesimalen;;

-- Trage Trage (10 (10 miljoen jrmiljoen jr) ) vorming vorming van van

QuickTime™ and a

TIFF (Uncompressed) decompressor are needed to see this picture.

(13)

Interpretatie

van

ons zonnestelsel

Het

Het scenario scenario verklaart goed verklaart goed hoe hoe rotsachtige planeten ontstaan rotsachtige planeten ontstaan in de in de schijven

schijven van van stof stof en gas.en gas. Reuzenplaneten starten

Reuzenplaneten starten op op dezelfde manierdezelfde manier, , maar worden veel grotermaar worden veel groter, , zodat ze het

zodat ze het gas gas kunnen aantrekken kunnen aantrekken en en nog veel meer aangroeiennog veel meer aangroeien. . Vanaf

Vanaf 5 A.E. 5 A.E. zitten zitten HH₂₂O, CO, COO, CO, CO₂₂ immers ook immers ook in de in de vaste vaste ((ijsijs))fasefase.. Verder

Verder::

-- Jupiter Jupiter ontstaat eerst ontstaat eerst en en controleert het vervolgcontroleert het vervolg..

-- AsteroAsteroïïdengordel dengordel en en KuipergordelKuipergordel: : onafgewerkte planetenonafgewerkte planeten..

-- Ejectie Ejectie van van kometen naar Oortwolk kometen naar Oortwolk en en ook naar binnenook naar binnen..

(14)

Detectie

van

exoplaneten

Planeten rond andere sterren zijn rechtstreeks

Planeten rond andere sterren zijn rechtstreeks heel heel moeilijk te zienmoeilijk te zien, , vanwege het enorme

vanwege het enorme contrast met de contrast met de moederstermoederster.. Het helpt

Het helpt door in door in het infrarood te kijken het infrarood te kijken ((beter beter contrast), of door via contrast), of door via interferometrie het licht

interferometrie het licht van de van de ster te ster te ((pogen tepogen te) ) eliminerenelimineren..

Stars are a billion times brighter…

…than the planet

…hidden in the glare.

(15)

Detectie

van

exoplaneten

Van

Van planeten rond andere sterren kunnen planeten rond andere sterren kunnen we de we de aanwezigheid afleiden aanwezigheid afleiden uit

uit de de kleine bewegingen kleine bewegingen die die ze induceren ze induceren op op hun moedersterhun moederster.. Verandering

Verandering van de van de positie positie vanvan de

de ster ster ((

astrometrie

).). (best

(best voor nabije sterrenvoor nabije sterren)) Verandering

Verandering van de van de snelheid snelheid vanvan de

de ster volgens ster volgens de de gezichtslijngezichtslijn (

(

dopplermethode

).). (min

(min afhankelijk afhankelijk van van afstandafstand))

(16)

Exoplaneten

Exoplaneten zijn het eerst

(17)

Massa

-

afschatting

Te

Te bepalen bepalen parameters parameters zijn zijn de de massamassa’’s s mm_∗_∗ en en mm_P_P en de halve en de halve assen assen aa_*_* en en aa_P_P. .

Verbanden tussen

Verbanden tussen die die grootheden zijngrootheden zijn

-- mm_∗_∗aa_*_* = = mm_P_Paa_P_P

-- de de derde derde wet van wet van Kepler Kepler G(mG(m_∗_∗++mm_P_P)/(a)/(a_*_*++aa_P_P))33 = 2= 2ππ/T/T22 (T is de

(T is de omloopsperiodeomloopsperiode)) De

De massa massa mm_*_* kan kan men men vrij nauwkeurig schatten uit het vrij nauwkeurig schatten uit het spectrum van de spectrum van de sterster..

De

De snelheid snelheid KK_*_* waarmee waarmee we de we de ster zien bewegenster zien bewegen, is , is verbonden verbonden met amet a_*_* viavia K

K_*_* T = 2T = 2ππ aa_*_*

Als

(18)

Detectie

van

exoplaneten

:

opgepast

!

De

De methode steunt methode steunt op de op de detectie detectie van KLEINE van KLEINE snelheidsveranderingensnelheidsveranderingen!! Die

Die kunnen ook komen kunnen ook komen van van een groter een groter object van object van bovenaf gezienbovenaf gezien.. Als

Als we we bovendien bovendien de de planeet planeet de de ster zien bedekkenster zien bedekken, , dan weten dan weten we we dat dat we we in of

(19)

‘

Rechtstreekse

’

detectie

van

exoplaneten

(20)

Exoplaneten

:

systematiek

Vandaag zijn

Vandaag zijn al al een een 200200--tal tal exoplaneten

exoplaneten ontdekt rond ontdekt rond 160 160 sterren

sterren..

Het zijn meestal Jupiter

Het zijn meestal Jupiter--achtige achtige planeten dicht bij hun moederster

planeten dicht bij hun moederster!! Dat zijn immers deze

Dat zijn immers deze die die het het

gemakkelijkst gevonden kunnen

worden

(21)

Detectiewaarschijnlijkheden

M

A

S

A

HALVE GROTE AS

De

De grootste grootste ((zwaarstezwaarste) ) planeten planeten zien

zien we we het het best, want best, want hun hun effect op

effect op hun ster hun ster is is het grootsthet grootst.. Astrometrie

Astrometrie: best : best wijde banenwijde banen, , maar enkel dicht bij ons

maar enkel dicht bij ons.. Dopplermethode

Dopplermethode:: grootste grootste effect effect voor nauwe banen

voor nauwe banen, min of , min of meer meer onafhankelijk

(22)

Klopt niet

met

ons ontstaanscenario

!

Volgens het gangbare

Volgens het gangbare scenario scenario kunnen Jupiterskunnen Jupiters niet gevormd worden dicht bij een ster

niet gevormd worden dicht bij een ster.. Twee mogelijkheden

Twee mogelijkheden::

-- het het scenario is scenario is verkeerdverkeerd;;

-- er er is is iets bijkomends aan iets bijkomends aan de hand.de hand. Wat

Wat men men vermoedtvermoedt: : migratie migratie van van planetenplaneten door

door interactie interactie met de met de schijfschijf.. Ad hoc?

(23)

Ontstaan

van

planetenstelsels

Het basisscenario blijft behouden

Het basisscenario blijft behouden.. Migratie

Migratie

.

. kan naar binnen kan naar binnen en en naar buitennaar buiten .

. kan aardse planeten zwaarder kan aardse planeten zwaarder maken

maken

.

. induceert vrij natuurlijk induceert vrij natuurlijk resonant resonant gedrag

(24)

Migratie

en

wij

Bij ons

Bij ons is is planetaire migratie planetaire migratie slechts slechts in in beperkte beperkte mate mate gebeurdgebeurd.. Een

Een ‘‘goedegoede’’ zaakzaak, want, want als Jupiters naar binnen migrerenals Jupiters naar binnen migreren, , vallen aardse vallen aardse planeten

planeten op op hun ster hun ster in.in. Migrerende

Migrerende aardse planeten kunnen groter wordenaardse planeten kunnen groter worden Anderzijds

Anderzijds

-- satellieten satellieten van van reuzenplanetenreuzenplaneten

-- ‘‘bewoonbarebewoonbare’’ KuipergordelsKuipergordels

(25)

Accenten voor

de

vroege

21ste

eeuw

De

De systematiek systematiek van van planetenstelsels planetenstelsels accuraat

accuraat in in kaart brengen kaart brengen (en (en zo zo het statuut

het statuut van van het onze bepalenhet onze bepalen).). Het ster

Het ster-- en en schijfvormingsproces beter schijfvormingsproces beter begrijpen

begrijpen, door, door

-- IR en (sub)IR en (sub)mmmm--waarnemingenwaarnemingen

-- modelleringmodellering.. Accurate

Accurate modellering modellering van de van de evolutie evolutie van

(26)

Tekenen

van

leven

?

Aardse planeten zoeken

Aardse planeten zoeken…… …… en en hun hun spectra spectra opmetenopmeten