Ogromny sukces Polaków. Nasi astronomowie „zważyli” planetę podróżującą przez Drogę Mleczną i odkryli nową klasę ciał niebieskich

Spis treści:

1. Nieuchwytni planetarni wędrowcy
2. Mikrosoczewkowanie grawitacyjne zdradza niewidoczne obiekty
3. Od podejrzeń do pewności – historia poszukiwań planet swobodnych
4. Planeta swobodna czy inny obiekt?
5. Jak zważyć planetę? Obserwacje odległe o 1,6 miliona kilometrów

Międzynarodowy zespół, w którym kluczową rolę odegrali astronomowie z prowadzonego w Obserwatorium Astronomicznym Uniwersytetu Warszawskiego wielkoskalowego przeglądu nieba OGLE oraz projektu Gaia Science Alerts, ogłosili odkrycie nowej klasy planet pozasłonecznych – planet swobodnych. To obiekty krążące samotnie w Drodze Mlecznej, niezwiązane grawitacyjnie z gwiazdami. Odkrycie było możliwe dzięki bezpośredniemu „zważeniu” planety odkrytej poprzez zjawisko mikrosoczewkowania grawitacyjnego. Jej masa wynosi 70 mas Ziemi.

– 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 – skomentował prof. Andrzej Udalski, lider polskiego projektu OGLE.

Nieuchwytni planetarni wędrowcy

Astronomowie od dawna zdawali sobie sprawę, iż planety pozasłoneczne mogą istnieć nie tylko w układach związanych. Różne zjawiska naturalne, jak np. oddziaływania grawitacyjne z gazowymi olbrzymami w trakcie formowania się układów planetarnych czy bliskie przejścia sąsiednich gwiazd sprawiają, że planety mogą zostać wyrywane z macierzystych układów i wystrzelone w przestrzeń międzygwiazdową.

Takie samotne planety, nazwane planetami swobodnymi, mogą wędrować w Drodze Mlecznej nie będąc związanymi z żadną gwiazdą. Szacunki wskazują, że liczba takich planet może być bardzo duża i wręcz przewyższać liczbę planet związanych.

Kłopot w tym, że ich istnienie trudno udowodnić. Nie emitują promieniowania, które można byłoby zobaczyć, a skoro nie poruszają się wokół gwiazdy macierzystej nie można użyć tzw. metody tranzytu, czyli okresowego spadku jasności gwiazdy w chwili przejścia przez jej tarczę planety.

Mikrosoczewkowanie grawitacyjne zdradza niewidoczne obiekty

Można jednak wykorzystać technikę mikrosoczewkowania grawitacyjnego. Zachodzi ono, gdy światło odległej gwiazdy zostaje ugięte i wzmocnione przez grawitację bliższego obiektu, zwanego soczewką. Metoda ta pozwala na wykrywanie ciemnych, nieświecących ciał.

Czas trwania zjawiska mikrosoczewkowania zależy od masy soczewki. W przypadku planet jest on bardzo krótki – rzędu zaledwie kilku-kilkunastu godzin. Właśnie tego typu badaniami zajmuje się największy polski projekt astronomiczny OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) prowadzony przez astronomów z Obserwatorium Uniwersytetu Warszawskiego.

Od podejrzeń do pewności – historia poszukiwań planet swobodnych

W 2017 roku uczeni z projektu OGLE opublikowali w „Nature” wyniki poszukiwań planet swobodnych oparte na kilkuletnich intensywnych obserwacjach około 50 milionów gwiazd w kierunku centrum Drogi Mlecznej. Odkryli wśród nich 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.

Planeta swobodna czy inny obiekt?

Wkrótce odkryto pierwsze obiecujące kandydatki na planety swobodne. Jednak ich istnienie, mimo iż mocno prawdopodobne, pozostawało nieudowodnione. Nie udawało się bowiem bezpośrednio zmierzyć masy takiego obiektu i potwierdzić, że faktycznie jest planetą, a nie np. brązowym karłem.

Przełom nastąpił 3 maja 2024 roku. Tego dnia znajdujące się w Australii, RPA i Chile teleskopy koreańskiej sieci KMTNet, oraz teleskop projektu OGLE w Obserwatorium Las Campanas w Chile, zarejestrowały krótkotrwałe zjawisko mikrosoczewkowania grawitacyjnego, jasnej gwiazdy w centrum Galaktyki.

Zgodnie z konwencją otrzymało ono oznaczenie 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.

Kolejnym krokiem było wykorzystanie danych z misji astronomicznej Europejskiej Agencji Kosmicznej Gaia, która w latach 2014–2025 dokonywała regularnych obserwacji fotometrycznych dwóch miliardów gwiazd z całego nieba.

Jak zważyć planetę? Obserwacje odległe o 1,6 miliona kilometrów

Dzięki połączeniu danych nareszcie udało się dokonać bezpośredniego pomiaru masy planety swobodnej. Wiemy, że jest to około 70 mas Ziemi, czyli nieco mniej niż wynosi masa Saturna. O to, jak „zważyć” planetę swobodną zapytaliśmy dr Przemka Mroza.

– Do wykrywania planet swobodnych stosujemy metodę mikrosoczewkowania grawitacyjnego. Grawitacja planety, działając jak ogromna soczewka, skupia i tymczasowo wzmacnia jasność odległej, niezwiązanej gwiazdy-źródła. Obserwujemy krótkotrwałe pojaśnienie tej gwiazdy. Dysponując wyłącznie danymi z ziemskich obserwatoriów nie możemy zazwyczaj powiedzieć, gdzie znajduje się obiekt-soczewka i jaką ma masę: czy znajduje się blisko Ziemi i ma małą masę, czy jest położony dalej i zarazem bardziej masywny. Analogicznie, jeżeli patrzymy przez szkło powiększające albo lunetę, to nie możemy powiedzieć w jakiej odległości znajduje się oglądany obiekt – wyjaśnia naukowiec.

Dodaje, że w przypadku zjawisk mikrosoczewkowania można zmierzyć odległość i masę grawitacyjnej soczewki dopiero dzięki połączeniu pomiarów wykonanych z dwóch odległych obserwatoriów.

– Wykorzystaliśmy dane zebrane przez misję Gaia, która znajdowała się w odległości około 1,6 mln km od Ziemi. Gaia zaobserwowała ten sam kształt pojaśnienia gwiazdy-źródła, ale opóźniony o około 2 godziny względem obserwacji z Ziemi. Wielkość opóźnienia zależy od odległości do soczewki: im większe, tym znajduje się ona bliżej Ziemi. Nasze obliczenia wskazują, że badana planeta-soczewka znajduje się w odległości około 10 tys. lat świetlnych od Ziemi i ma masę około 70 razy większą niż Ziemia – tłumaczy astronom.

Źródło: Science

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.