Planety - sieroty istnieją naprawdę. Przełomowe odkrycie Polaków
Odkryciem dekady nazwano najnowsze ustalenia naukowców z Uniwersytetu Warszawskiego. Potwierdzili oni to, co do tej pory wydawało się jedynie fantazją, istnienie samotnych planet, które nie mają własnej gwiazdy.
To odkrycie zmienia wszystko, co wiedzieliśmy o porządku panującym we Wszechświecie. Choć od dekad podejrzewaliśmy, że w czarnej otchłani Drogi Mlecznej mogą dryfować samotne światy, dopiero teraz zyskaliśmy na to niepodważalny, twardy dowód.
Na łamach prestiżowego tygodnika Science ukazała się praca, która kończy erę domysłów. Międzynarodowy zespół astronomów, w którym pierwsze skrzypce grali Polacy z legendarnego już projektu OGLE z Uniwersytetu Warszawskiego oraz misji Gaia, oficjalnie potwierdził istnienie nowej klasy planet: planet swobodnych. To obiekty, które nie mają swojego słońca, nie znają dnia ani nocy i wiecznie wędrują przez kosmiczną pustkę.
Od marzeń filozofów do twardej astrofizyki
Nasza przygoda z poszukiwaniem światów poza Układem Słonecznym nabrała tempa zaledwie 30 lat temu, kiedy odkryto pierwsze egzoplanety krążące wokół gwiazd podobnych do Słońca. Od tego czasu astronomia przeszła prawdziwą rewolucję, udowadniając, że planety są we Wszechświecie powszechne.
Jednak przez cały ten czas skupialiśmy się na systemach uporządkowanych, gdzie planeta, niczym wierny pies, trzyma się blisko swojej gwiazdy dzięki grawitacji. Odkrycie ogłoszone przez zespół z Obserwatorium Astronomicznego UW wywraca ten obraz do góry nogami.
Okazuje się bowiem, że nasza Galaktyka może być pełna kosmicznych sierot, planet, które w wyniku grawitacyjnych przepychanek z sąsiadami lub przelatującymi obok gwiazdami zostały brutalnie wyrzucone ze swoich macierzystych gniazd.
Na skutek różnorodnych procesów, np. oddziaływań grawitacyjnych z innymi planetami w trakcie formowania się układów planetarnych czy bliskich przejść sąsiednich gwiazd obok systemu planetarnego, mogą być one wyrywane ze swych macierzystych układów i wystrzeliwane w przestrzeń międzygwiazdową. Takie samotne planety, nazwane planetami swobodnymi, mogą wówczas wędrować w Drodze Mlecznej, nie będąc związanymi z żadną gwiazdą.
Oszacowania teoretyczne wskazują, że liczba takich planet może być bardzo duża i wręcz przewyższać liczbę planet związanych ze swoją gwiazdą (!!!).
Więcej na Spider's Web:
Mikrosoczewkowanie, czyli kosmiczna lupa
Możliwość istnienia planet swobodnych, a nawet istnienia na nich życia w jakiejś formie, rozpalała wyobraźnię nie tylko naukowców, ale i twórców science fiction. W ostatnich latach powstało wiele tekstów literackich czy scenariuszy filmowych, których akcja toczy się właśnie na takich oderwanych od gwiazd samotnych planetach, przemierzających bezkresne pustki Drogi Mlecznej - czytamy w komunikacie Uniwersytetu Warszawskiego.
Jak jednak odkryć takie planety i udowodnić, że one faktycznie istnieją, skoro same nie świecą (nie emitują promieniowania) i nie oddziałują z macierzystymi gwiazdami? Z pomocą przychodzi tu technika mikrosoczewkowania grawitacyjnego umożliwiająca pomiar masy obiektu soczewkującego światło.
W praktyce mikrosoczewkowanie zachodzi wtedy, gdy światło odległej gwiazdy zostaje ugięte i wzmocnione przez grawitację bliższego obiektu, zwanego soczewką. Ze względu na to, że efekt nie zależy od jasności obiektu-soczewki, metoda ta pozwala na wykrywanie ciemnych, nieświecących ciał, czyli nawet wówczas, gdy sama soczewka/planeta nie emituje światła. Czas trwania zjawiska mikrosoczewkowania zależy generalnie od masy soczewki. W przypadku mas planetarnych jest on bardzo krótki, rzędu zaledwie kilku–kilkunastu godzin - podają naukowcy.
W 2017 r. astronomowie z projektu OGLE opublikowali wyniki poszukiwań planet swobodnych oparte na kilkuletnich intensywnych obserwacjach około 50 mln gwiazd w kierunku centrum Drogi Mlecznej, wśród których odkryli kilka tysięcy zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego o rozmaitych skalach czasowych – od godzin do setek dni.
Obserwacje wskazywały, iż planet swobodnych powinno być istotnie dużo, lecz wbrew poprzednim przypuszczeniom większość z nich powinny stanowić planety małomasywne, a nie masywniejsze, o masach rzędu masy Jowisza – mówi dr Przemek Mróz, pierwszy autor tej przełomowej pracy opublikowanej w prestiżowym tygodniku naukowym Nature.
Kosmiczny zbieg okoliczności
Wkrótce potem odkryto pierwsze obiecujące kandydatki na planety swobodne. Niestety, do bezpośredniego wyznaczenia masy planety niezbędna jest informacja o odległości soczewki od obserwatora, co w przypadku obserwacji z Ziemi jest możliwe tylko w wyjątkowych, niezmiernie rzadkich przypadkach.
Dlatego odkryte obiekty pozostały kandydatkami, gdyż w zależności od ich nieznanej odległości ich masy mogły być bądź większe (nawet przekraczające masy obiektów uznawanych za planety), bądź mniejsze.
Dziś znamy już kilkanaście takich kandydatek. Najmniej masywna mogła mieć nawet masę Marsa. Jednak istnienie planet swobodnych, mimo iż mocno prawdopodobne, do dziś pozostawało nieudowodnione. Nie udało się bowiem dotychczas zmierzyć bezpośrednio masy takiego obiektu i potwierdzić, iż samotny obiekt jest istotnie planetą, a nie jednym z masywniejszych obiektów, jak np. znane od dawna brązowe karły.
Przełomowe okazały się obserwacje z 3 maja 2024 r. Za pomocą teleskopów koreańskiej sieci KMTNet (w Australii, Południowej Afryce i Chile) oraz zlokalizowanego w Obserwatorium Las Campanas w Chile teleskopu projektu OGLE zarejestrowane zostało krótkotrwałe zjawisko mikrosoczewkowania grawitacyjnego, jasnej gwiazdy w centrum Galaktyki - informuje UW.
Zgodnie z konwencją otrzymało ono oznaczenie (uwaga, to nie jest przypadkowy błąd znaków) KMT-2024-BLG-0792/OGLE-2024-BLG-0516.
Wkrótce po zakończeniu zjawiska okazało się, iż kształt mikrosoczewkowych zmian jasności odpowiada przewidywanym zmianom wywołanym przez soczewkującą planetę swobodną. Zjawisko to dołączyło więc natychmiast do grona obiecujących kandydatek na planety swobodne.
Wkrótce też astronomowie uświadomili sobie, iż rejony nieba, w których zlokalizowane było to zjawisko mikrosoczewkowania, obserwowane były w tym samym czasie przez sztandarową misję kosmiczną Europejskiej Agencji Kosmicznej Gaia, która w latach 2014–2025 dokonywała regularnych obserwacji fotometrycznych 2 mld gwiazd z całego nieba.
Satelita ten nie był jednak przystosowany do obserwacji zjawisk krótkotrwałych, ponieważ odwiedzał te same rejony nieba zwykle co 30 dni. Po raz kolejny jednak, w tym szczególnym przypadku, astronomom dopisało niesłychane szczęście.
Nie dość, że satelita obserwował akurat ten rejon nieba w trakcie zaledwie dwudniowego zjawiska, to dodatkowo na skutek wyjątkowo korzystnego ustawienia orbity w tym momencie zebrał aż sześć obserwacji fotometrycznych w ciągu 15 godzin, czyli w najważniejszych momentach największego wzmocnienia światła przez soczewkę – potencjalną planetę - podkreślają badacze.
Satelita Gaia znajdował się w owym czasie w odległym o niemal 2 mln km od Ziemi tzw. punkcie L2 Lagrange’a – miejscu niezwykle dogodnym do prowadzenia długotrwałych obserwacji astronomicznych z satelitów. Równoczesne obserwacje zjawiska mikrosoczewkowania KMT-2024-BLG-0792/OGLE-2024-BLG-0516 z Ziemi i satelity stworzyły więc unikatową szansę na pomiar odległości poprzez zmierzenie tzw. paralaksy mikrosoczewkowej.
Idea tego pomiaru jest analogiczna do pomiarów triangulacyjnych na Ziemi czy pomiarów odległości do bliskich ciał niebieskich, gdy dzięki obserwacjom z dwóch różnych miejsc wyznaczamy odległość. Dane fotometryczne z satelity Gaia zostały przesłane na Ziemię dopiero w lipcu 2024 r. i wówczas zjawisko zostało ogłoszone przez zespół Gaia jako alert Gaia24cdn.
Pierwsza planeta swobodna z prawdziwego zdarzenia
Analiza danych zaobserwowanego zjawiska mikrosoczewkowana, zebranych z powierzchni Ziemi przez teleskopy projektów KMTNet i OGLE oraz danych satelitarnych z satelity Gaia, wykazała, że przebieg zjawiska z obu oddalonych o 2 mln km obserwatoriów był podobny.
Jednak zjawisko zarejestrowane przez satelitę Gaia nastąpiło około dwóch godzin później niż na Ziemi. Pozwoliło to na wyznaczenie precyzyjnej odległości do skupiającej światło odległej gwiazdy tła soczewki i parametrów zjawiska mikrosoczewkowania, co w konsekwencji umożliwiło bezpośredni precyzyjny pomiar jej masy.
Okazało się, że jest to masa planetarna wynosząca 0,22 masy Jowisza lub 70 mas Ziemi, czyli jest nieco mniejsza niż masa Saturna z naszego lokalnego Układu Słonecznego. Nie znaleziono też żadnych śladów obecności potencjalnej macierzystej gwiazdy w promieniu ponad 20 jednostek astronomicznych (odległości Ziemia–Słońce) wokół planety.
Z ogromnym prawdopodobieństwem można więc przyjąć, iż nowo odkryty obiekt jest niezwiązany z żadną gwiazdą, jest pierwszą precyzyjnie zważoną planetą swobodną.
Odkrycie i bezpośrednie wyznaczenie masy planety swobodnej stanowi przełom w dziedzinie badania planet pozasłonecznych. To pierwsza w pełni udokumentowana detekcja zupełnie nowej kategorii planet pozasłonecznych, niezwykle licznej i niepoznanej dotąd grupy obiektów planetarnych, której badania są niezbędne do pełnego zrozumienia powstawania i ewolucji pozasłonecznych układów planetarnych.
To odkrycie dekady, porównywalne z odkryciem pierwszych udokumentowanych planet pozasłonecznych w latach 90. ubiegłego wieku. Astronomowie wreszcie mają pewność, iż tego typu obiekty istnieją we Wszechświecie - mówi prof. Andrzej Udalski, lider projektu OGLE i autor korespondencyjny pracy w tygodniku Science.
Odkrycie pierwszej planety swobodnej będzie niewątpliwie silnym impulsem do dalszych intensywnych badań tej kategorii planet. Już w 2026 r. zostanie wystrzelona satelitarna misja NASA Roman, której jednym z głównych celów będzie detekcja i badanie planet swobodnych. Przewiduje się, że w trakcie tej misji zostaną odkryte i scharakteryzowane liczne obiekty tego typu, co pozwoli na precyzyjne poznanie ich własności.
Kolejną misją satelitarną jest przygotowywany przez astronomów chińskich satelita Earth 2.0, który zostanie wystrzelony w 2028 r., a jego celem będzie również poszukiwanie planet swobodnych. Są więc duże szanse, że za kilka lat poznamy dokładnie, jak liczna jest populacja tych samotnie krążących w Drodze Mlecznej obiektów planetarnych.
Główna ilustracja: Wizja artystyczna planety swobodnej soczewkującej światło odległej. Autorzy: J. Skowron, K. Ulaczyk / OGLE
