Planety w tranzycie
Cześć, mam na imię Matt i jestem doktorantem na Uniwersytecie Yale oraz członkiem Zespołu Naukowego. Jesteśmy pod ogromnym wrażeniem dotychczasowego ruchu na planethunters.org. Niektórym użytkownikom już udało się zauważyć naprawdę niezwykłe obiekty! Ponieważ kilka osób prosiło o dodatkowe wyjaśnienia dotyczące wyglądu tranzytów, w tym poście postaram się rozwiać Wasze wątpliwości.
Zdjęcie powyżej przedstawia krzywą blasku gwiazdy zbliżonej rozmiarem do naszego Słońca. Na wykresie dokonaliśmy symulacji efektów, które zostałyby wywołałane przez tranzyty różnych typów planet.
Białe kropki oznaczają ilość światła gwiazdy, jaką rejestruje teleskop Keplera, kiedy nie dochodzi do żadnych tranzytów. Niebieskie kropki pokazują, jak wyglądałby wykres w przypadku tranzytu planety wielkości Jowisza. Ta konkretna planeta, o wielkości ok. 11,2 razy większej od Ziemi i ok. 10 razy mniejszej od gwiazdy, pokazana jest (z zachowaniem skali) w niebieskiej ramce po lewej.
Zielone kropki pokazują, jak wyglądałby na wykresie tranzyt planety wielkości Neptuna. Ponieważ planeta ta jest znacznie bardziej oddalona od gwiazdy niż Jowisz, miałaby mniejszą prędkość orbitalną, a co za tym idzie, okrążenie przez nią gwiazdy trwałoby dłużej, stąd dłuższy czas – czyli większa szerokość – tranzytu na wykresie. Ponieważ Neptun jest o wiele mniejszy od Jowisza (jego promień jest 3,9 razy większy od promienia Ziemi), blokuje mniej światła, dlatego głębokość tranzytu jest mniejsza.
Oba te przypadki tranzytów są bardzo wyraźne w porównaniu do efektów, jakie miałby tranzyt planety wielkości Ziemi. Niewielki punkcik widoczny na tle gwiazdy w czerwonej ramce po prawej pokazuje, jak – w skali – wyglądałby tranzyt takiej planety. Teraz widzicie, jak trudnym zadaniem jest wykrywanie planet wielkości Ziemi! Jeśli okres orbitalny tej planety trwałby 1 rok, jak w przypadku naszej Ziemi, to spadek jasności gwiazdy podczas tranzytu wyglądałby mniej więcej tak, jak zbiór czerwonych punktów zaznaczony na wykresie. Ziemia położona jest o wiele bliżej gwiazdy, więc jej prędkość orbitalna jest o wiele większa, a długość tranzytu – o wiele krósza niż w przypadku Jowisza czy Neptuna. Ponieważ planeta wielkości Ziemi jest o wiele mniejsza od Jowisza i Neptuna, blokuje również o wiele mniej światła, tak że spadek jasności dostrzegany przez nas jest ledwie zauważalny.
Nie oczekujemy, że zauważąycie wszystkie te zdarzenia, więc nie martwcie się tym, że możecie je przegapić. Właśnie po to wprowadziliśmy do wykresów “fałszywe” planety. Są to symulacje, które pomagają nam określić skuteczność działania Planet Hunters, czyli prawdopodobieństwo wykrycia planet o różnych rozmiarach i różnych okresach orbitalnych.
Gwiazdy zmienne (przykłady)
Powody zmian jasności gwiazd można podzielić na dwie kategorie: (1) orbitujący towarzysze oraz (2) astrofizyka gwiazd.
(1) W teorii zmienność będąca efektem działania orbitujących towarzyszy (w tym gwiazd i planet) powinna cechować się regularnością szwajcarskiego zegarka. W praktyce mogą wystąpić pewnie odchylenia spowodowane zbytnim zbliżeniem się do siebie gwiazd w układzie podwójnym, jednoczesnym tranzytem kilku planet lub dodatkowymi szumami elektronicznymi bądź astrofizycznymi w tle.
(2) Zmiany jasności gwiazd wynikające z ich wewnętrznych procesów fizycznych (czyli astrofizyki gwiazd) mogą być spowodowane pulsacjami, plamami lub rozbłyskami. Rozbłyski to losowo pojawiające się skoki na krzywej blasku. Pulsacje (np. gwiazd typu RR Lyrae) mają charakter quasiokresowy: przez pewien czas mogą pojawiać się regularnie, a ich cykle są dość krótkie (zwykle trwają od kilku godzin do mniej więcej jednego dnia). Zdjęcie poniżej przedstawia dwie gwiazdy zmienne krótkookresowe, które można określić jako “zmienne” i “pulsujące”. Mogą to być krótkookresowe układy podwójne, co łatwo zweryfikować za pomocą kolejnych badań.
Efektem plam gwiazdowych są złożone wariacje. Kiedy gwiazda się obraca, plamy na zmianę pojawiają się i znikają z pola widzenia w okresach od 1-2 dni (w przypadku najszybciej obracających się gwiazd) do kilku dni w przypadku wolniej obracających się gwiazd (okres obrotu Słońca wynosi 25 dni). Plamy mogą powstawać na różnych szerokościach geograficznych gwiazdy. Ponieważ niektóre szerokości geograficzne obracają się szybciej, a inne wolniej, pomiędzy cyklami poszczególnych plam mogą występować znaczne różnice. Krzywe blasku przedstawione poniżej najlepiej sklasyfikować jako zmienne, nieregularne. Jednak wykres po lewej można by również określić jako zmienny i regularny. Mimo że amplituda krzywych ulega zmianie, czas pomiędzy poszczególnymi szczytami pozostaje taki sam.
Transiting Planets
Hi I’m Matt, a graduate student at Yale University and a member of the Science Team. We’re really impressed with the turnout so far on planethunters.org and users have already pointed out some really amazing objects! Quite a few people have asked for some clarification on what transits look like, so I’ll address that in this post.
In the figure above, we’ve taken a Kepler light curve from a star that’s about the same size as the Sun and have simulated what the effects would be if a few different types of planets were to transit.
The white dots show the amount of light from the star measured with Kepler with no planets transiting. The blue points show what we would see if a planet just like Jupiter orbiting this star were to transit. This Jupiter-size planet, at about 11.2 times the size of the Earth and one tenth the size of the star, is shown to scale transiting its parent star in the top left blue box.
The green dots show what a planet just like Neptune would look like transiting. Since it is much further away from the star than Jupiter, it would have a slower orbital speed so it would take longer to transit the disk of its parent star, which is what explains the longer duration, or wider width, of the transit event. With Neptune’s much smaller size than Jupiter, at 3.9 times the radius of the Earth, it doesn’t block out as much light, which is why the depth is much shallower.
Both of these events are very noticeable, compared to the effects of an Earth-size planet. The tiny speck on the star in the far right red box shows, to scale, what a transiting Earth-size planet would look like if we could see it. Now you get an idea of how difficult finding Earth-size planets is going to be! If that transiting planet had an orbital period of 1 year just like the Earth, then the dip in light observed from the parent star as the planet transits would be similar to the red points in the light curve. Since the Earth is much closer to the star, it has a much faster orbital speed, which then makes the duration of transit much shorter than the duration of either Jupiter or Neptune. Because the Earth-size planet is much smaller than either Jupiter or Neptune, it also blocks out less light making the dip in light we receive here on Earth barely discernible from no transit at all.
We don’t expect people to see these events all the time, so don’t worry about missing them. That’s why we’ve introduced fake planets into the mix. The fake, or synthetic, planets will help us determine the completeness of Planet Hunters, or how likely we are to detect planets of different sizes and with different orbital periods if they exist.
Stellar Variability
Greetings from Kevin Schawinski and Meg Schwamb, postdoctoral fellows at Yale and members of the Science Team.
Wow, we’ve been blown away by how enthusiastic everyone has been about the project. In this post, we wanted to talk more about another goal of Planet Hunters, which is to study and better understand stellar variability. The public release Kepler data set is unprecedented, both in observing cadence and in the photometric precision. The lightcurves reveal subtle variability that has never before been documented.
The Kepler lightcurves are complex many exhibiting significant structure including multiple oscillations imposed on top of each other as well as short-lived variations. Most of this variability is due by starspots or stellar pulsations.With Planet Hunters we will not only be looking for stars harboring planets outside of our solar system, but we will be able to study and classify stellar variability in ways that automated routines cannot. Unlike a machine learning approach, human classifiers recognize the unusual and have a remarkable ability to recognize archetypes and assemble groups of similar objects.
Users have the ability to identify strange or unusual lightcurves as well as tag similar curves and come up with their own classes or ”collections” of variability with Planet Hunters Talk. You can add a comment and use the #hashtag like in Twitter to mark an interesting lightcurve and alert others including the science team. Every light curve, or collection of curves has a short-message thread (140 characters) associated with it for general comments. You also can start discussions if you want to chat in a more in-depth fashion.
Mining the Kepler data set will inevitably lead to unexpected discoveries, showcased by the successes of Galaxy Zoo. The prime examples are the discoveries of ”Hanny’s Voorwerp” and the ”green peas” by Galaxy Zoo users. Hanny’s Voorwerp is a cloud of ionized gas in the Sloan Digital Sky Survey image of the nearby galaxy IC 2497. Unlike an automatic classification routine, citizen scientist Hanny van Arkel spotted a blue smudge next to IC 2497, recognized it as unusual, and alerted the Galaxy Zoo team and the other users. Since then, Hanny’s Voorwerp has been identified as a light echo from a recent quasar phase in IC 2497, making it the Rosetta Stone of quasars. The Galaxy Zoo participants started noticing a very rare class of objects of point sources showed as green in the SDSS color scheme. Dubbing them the ”green peas,” the citizen scientists scoured the SDSS database, and assembled a list of these ”pea galaxies.” The ”peas” were revealed to be ultra-compact, powerful starburst galaxies whose properties are highly unusual in the present day universe, but resemble those of primordial galaxies in the early universe. The citizen scientists found veritable fossils living in the present-day universe.
With so many eyes looking at the lightcurves, we are bound to find new variability types! We’re hoping that Planet Hunters, like Galaxy Zoo, will yield exciting new results that we can’t even attempt to speculate or imagine! We can’t wait to see what turns up.
Planet Hunters Introduction
Hi, I’m Meg Schwamb a postdoctoral fellow at Yale University and member of the Planet Hunters Team. Welcome to Planet Hunters! We’ve been working hard, and we are excited to finally show you the finished product!
In the last decade, we have seen an explosion in the number of known planets orbiting stars beyond our own solar system. With ground based transit searches, stellar radial-velocity observations, and microlensing detections, over 500 extrasolar planets (exoplanets) have been discovered to date. Studying the physical and dynamical properties of each of these new worlds has revolutionized our understanding of planetary formation and the evolution of planetary systems. But we have just barely scratched the surface in understanding the diversity of planetary systems and planet formation pathways.The current inventory of known exoplanets has been limited to mostly Jupiter-sized or larger gas-rich planets, most orbiting extremely close to their parent stars. The current inventory of known exoplanets has been limited to mostly Jupiter-sized or larger gas-rich planets, most orbiting extremely close to their parent stars. While these planets have provided great insight into the formation of giant planets, beyond Mercury, Venus, Earth, and Mars, in our own solar system, little is known about the formation and prevalence of rocky terrestrial planets in the universe.
Finding Earth-size planets is a difficult task because the transit-signals, the dimming of the star’s light caused be a planet moving in front of the star, are so shallow. For a Jupiter-size planet, the transit depth is ~1% of the star’s brightness. For an Earth-size planet transiting a Sun-like star the decrease in brightness is less than .001%. Ground-based surveys have not reached the sensitivity to detect such planets around stars similar to our Sun, but with NASA’s space-based Kepler mission, launched in March 2009, astronomers are primed to start a new era in the study of exoplanets. Even with the exceptional data from the Kepler telescope, finding these Earth-sized planets will be extremely difficult, but in the age of Kepler, the first rocky planets will likely be detected including the potential to find Earth-like planets residing in the habitable zone, warm enough to harbor liquid water and potentially life on their surfaces.
NASA’s Kepler spacecraft is one of the most powerful tools in the hunt for extrasolar planets. The Kepler data set is unprecedented, both in observing cadence and in the photometric precision. Before Kepler, the only star monitored this precisely was our own Sun. The lightcurves reveal subtle variability that has never before been documented. The Kepler data set is a unique reservoir waiting to be tapped. Kepler lightcurves are now publicly available with the first data release this past June and the next release scheduled for February 2011.
The Kepler Team computers are sifting through the data, but we at Planet Hunters are betting that there will be transit signals which can only be found via the remarkable human ability for pattern recognition. Computers are only good at finding what they’ve been taught to look for. Whereas the human brain has the uncanny ability to recognize patterns and immediately pick out what is strange or unique, far beyond what we can teach machines to do. With Planet Hunters we are looking for the needle in the haystack, and ask you to help us search for planets.
This is a gamble, a bet, if you will, on the ability of humans to beat machines just occasionally. It may be that no new planets are found or that computers have the job down to a fine art. That’s ok. For science to progress sometimes we have to do experiments, and although it may not seem like it at the time negative results are as valuable as positive ones. Most of the lightcurves will be flat devoid of transit signals but yet, it’s just possible that you might be the first to know that a star somewhere out there in the Milky Way has a companion, just as our Sun does.
Fancy giving it a try?
Planet Hunters 