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55 Cnc hat 5 Planeten! 18.12.2007 Vera Steinecker

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55 Cnc hat 5 Planeten!

18.12.2007

Vera Steinecker

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Fünfter Planet entdeckt

• 18 Jahre Doppler shift Messungen … 5 Planeten

• Numerische Simulationen zeigen: System dynamisch stabil

Planet e b c f d

a [AU] 0.038

± 1∙10^-6

0.115

± 0.0001

0.24

± 4.5∙10^-5

0.781

± 0.007

5.77

± 0.11

e 0.07 ± 0.06 0.014 ± 0.008 0.086 ± 0.052 0.2 ± 0.2 0.025 ± 0.03

M sin i [MJ] 0.034 ± 0.0036 0.824 ± 0.007 0.169 ± 0.008 0.144 ± 0.04 3.835 ± 0.08

Periode [d] 2.81705 ± 0.0001

14.65162 ± 0.0007

44.3446 ± 0.007

260 ± 1.1 5218 ± 230

entdeckt 2004 McArthur el at

1996 Butler et al

2002 Marcy et al

2007 2002 Marcy et al

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Was wurde gemacht?

• Doppler shift Messungen:– 636 Beobachtungen in den

letzten 18 Jahren– hier geht es um 250

Messungen vom Lick Observatory (1989 – 2007) und 70 Messungen vom Keck Observatory (2002 – 2007)

• Kepler Modelle: Reihe von Modellen mit steigender Planetenzahl, beginnend mit 2 Planeten

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Das System mit 2 Planeten

• Perioden 14.65 Tage und 14.7 Jahre

• rms = 11.28 m/s und √Xv² = 3.42 → deutliche Verbesserung gegenüber dem System mit 1 Planeten, aber Werte trotzdem zu hoch → Modell unpassend

• Periode 44.34 Tagen: stellares Phänomen oder dritter Planet?

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Das System mit 3 Planeten

• P 44.3 d : wahrscheinlich Planet

• √Xv² = 2.5 … besser als beim Modell mit 2 Planeten, aber auch mit verschiedenen num. Untersuchungen wird‘s nicht noch besser

• im Periodogram: Hinweis auf weiteren Planeten bei P = 2.8d

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Das System mit 4 Planeten

• Perioden 2.81 d, 14.65184 d, 44.32 d und 14.4 yr

• Exzentrizitäten alle unter 0.3

→ gute Verbesserung: rms = 7.87 m/s und √Xv² = 2.12

• trotzdem kein sehr passendes Modell, da weitere peaks im Periodogram bei 260 und 470 d sichtbar

→ 5. Planet?

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Die Entdeckung von Planet f

• Abb 4: peak bei 260 Tagen … Fluktuationen oder Planet?

→ System mit 4 Planeten getrennt

untersucht für die Daten von Lick

und Keck: vergleichbare Ergebnisse

mit peak um 260 Tage

→ peak = weitere Periode,

obwohl nicht ganz überzeugend

→ Überprüfung: ist 260-Tage-Signal

nur ein alias vom mögl 470-Tage

peak aus Abb 4? … 5-Pl-Modell mit

Periode bei 470 Tagen → peak bei

260 bleibt deutlich

→ Periode um 260 Tage ist real!

→ 55 Cnc ist erstes System mit 5 Planeten

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Das System mit 5 Planeten

• P = 260±1.1 d, M sin i = 0.144±0.04 MJ , a = 0.781±0.007 AU, e = 0.2±0.2→ befindet sich damit in der Habitablen Zone (0.5~2 AU)• deutliche Verbesserung gegenüber dem 4-Planeten-Modell

Erklärungen für diesen restlichen rms-Wert:

• unterschätzte Fehler?

• oder existieren noch weitere Planeten – Signale gering genug um nicht aufzufallen, aber trotzdem ein paar m/s beitragen (als „noise“)?

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• nicht ausgeschlossen: Existenz von min 1 weiteren Planeten in der Lücke von P 260d und 14yr – bis jetzt gut versteckt

• Ähnlichkeiten mit unserem Sonnensystem: fast coplanar,

kreisförmige Orbits;

dominanter Gasriese

bei 5-6 AU• offensichtlich effiziente

Planetenentstehung um 55 Cnc• aus Daten: wahrscheinlich

kein weiterer Jupiter ausserhalb

von 6 AU; Saturns (od kleiner)

könnten noch versteckt sein

Das System mit 5 Planeten

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• Annahme: Orbits = Kepler- Ellipsen

• 1.000.000 Jahre Integration (Bulirsch-Stoer Integrator von Press et al 1992)

• geringe Veränderung der Exzentrizitäten

→ System scheinbar über lange Perioden dynamisch stabil

Das System mit 5 Planeten –

Dynamische Simulationen

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Das System mit 3 Planeten - 55Cnc b, c & d

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Das System mit 4 Planeten - 55Cnc e, b, c & d

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Das System mit 5 Planeten - 55Cnc e, b, c, f & d

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Five Planets Orbiting 55 Cancri, Fischer et al

A Planet At 5 AU Around 55 Cancri, Marcy et al