Polscy astronomowie odkryli najmniejszą planetę swobodną

W Drodze Mlecznej mogą się znajdować miliardy samotnych planet, niezwiązanych z gwiazdami. O odkryciu najmniejszej planety swobodnej typu ziemskiego informuje międzynarodowy zespół naukowców, kierowany przez polskich astronomów.
Astronomowie odkryli do tej pory ponad cztery tysiące planet pozasłonecznych. Większość z nich nie przypomina planet znanych w Układzie Słonecznym, choć mają jedną wspólną cechę: krążą wokół jakiejś gwiazdy.

Naukowcy, którzy badają powstawanie i ewolucję układów planetarnych, takich jak Układ Słoneczny, od dawna przewidywali istnienie planet swobodnych, wyrzuconych ze swoich macierzystych układów i przemierzających samotnie naszą Galaktykę. Pierwszych dowodów na istnienie takich planet w Drodze Mlecznej dostarczyły kilka lat temu badania prowadzone przez polskich naukowców z zespołu OGLE z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego.

Teraz na łamach najnowszego numeru prestiżowego czasopisma „Astrophysical Journal Letters” członkowie zespołu OGLE ogłosili odkrycie najmniejszej, znalezionej do tej pory planety swobodnej. O wynikach badań poinformowali PAP.

Wykryty przez nich obiekt jest mniejszy od Ziemi i posiada masę mniej więcej trzech mas Marsa. Znajduje się kilkanaście tysięcy lat świetlnych od Słońca. Prawdopodobnie jest to samotna planeta.

Astronomowie z zespołu OGLE już wcześniej dostarczyli dowodów na istnienie w naszej Galaktyce dużej populacji planet swobodnych o masach podobnych do masy Ziemi. „Nasze obecne odkrycie potwierdza, że małomasywne planety swobodne są częste w Drodze Mlecznej, mogą być ich miliardy, i że można je wykrywać i charakteryzować za pomocą obserwacji prowadzonych z powierzchni Ziemi” – mówi kierownik projektu OGLE, prof. Andrzej Udalski z Obserwatorium Astronomicznego UW.

Autorzy odkrycia zwracają uwagę, że rzadko są w stanie bezpośrednio obserwować światło od planet pozasłonecznych. Większość z nich została odkryta w wyniku obserwacji pośrednich – efektów wpływu planet na ich macierzyste gwiazdy. „Planety swobodne prawie w ogóle nie emitują światła i – z definicji – nie krążą wokół żadnej gwiazdy. Ich wykrycie za pomocą klasycznych metod jest więc praktycznie niemożliwe” – zauważają astronomowie w informacji przekazanej PAP.

Do poszukiwań takich planet wykorzystują oni technikę mikrosoczewkowania grawitacyjnego. Mikrosoczewkowanie grawitacyjne jest efektem wynikającym z ogólnej teorii względności. Einstein przewidział, że bieg promieni światła w pobliżu masywnych obiektów może ulec zakrzywieniu. Ich grawitacja działa jak gigantyczna soczewka, która skupia i wzmacnia światło od odległych gwiazd.

„Jeżeli między obserwatorem na Ziemi a odległą gwiazdą-źródłem znajdzie się masywny obiekt – inna gwiazda lub planeta – to jego grawitacja może ugiąć i skupić światło źródła. Obserwator na Ziemi zobaczy wtedy krótkotrwałe pojaśnienie odległego źródła” – tłumaczy dr Przemysław Mróz z California Institute of Technology w USA, pierwszy autor publikacji.

Szansa na zaobserwowanie zjawisk mikrosoczewkowania jest niezwykle mała, bo trzy obiekty – źródło, soczewka i obserwator – muszą znaleźć się niemal idealnie w jednej linii. Gdybyśmy patrzyli na tylko jedną gwiazdę-źródło, musielibyśmy czekać średnio prawie milion lat, żeby zaobserwować mikrosoczewkowanie – dodaje.

Właśnie dlatego współczesne eksperymenty poszukujące zjawisk mikrosoczewkowania obserwują ciągle setki milionów gwiazd znajdujących się w centrum Drogi Mlecznej – tam, gdzie prawdopodobieństwo zajścia tego zjawiska jest największe.

Jednym z takich eksperymentów jest właśnie OGLE – przegląd nieba prowadzony przez astronomów z Uniwersytetu Warszawskiego. Projekt jest jednym z największych i najstarszych współczesnych przeglądów nieba, jest realizowany od ponad 28 lat. Polacy dysponują Teleskopem Warszawskim, znajdującym się w Obserwatorium Las Campanas w Chile. Każdej pogodnej nocy polscy astronomowie kierują teleskop na te same obszary nieba, mierzą jasność setek milionów gwiazd i wypatrują obiektów, które zmieniają swoją jasność.

Mikrosoczewkowanie grawitacyjne nie zależy od jasności soczewki, jest to więc doskonały sposób na wykrywanie obiektów, które w ogóle nie emitują światła, takich jak planety swobodne. Im obiekt-soczewka jest mniej masywny, tym zjawiska mikrosoczewkowania są średnio krótsze: o ile typowe pojaśnienia mikrosoczewkowe wywołane przez gwiazdy trwają kilkanaście dni, to zjawiska wywołane przez planety o masie Jowisza trwają typowo 1–2 dni, a przez planety ziemskie – zaledwie kilka godzin.

„Rozmiar mikrosoczewek grawitacyjnych wywołanych przez gwiazdy jest zwykle znacznie większy, niż rozmiar gwiazdy-źródła. Światło całej tarczy gwiazdy-źródła jest skupiane przez soczewkę grawitacyjną – mówi dr Mróz. – Inaczej jest w przypadku soczewkowania przez planety. Wtedy pojaśnieniu ulega tylko niewielka część powierzchni gwiazdy”.

Ten efekt umożliwia astronomom bardziej precyzyjne oszacowania masy soczewki.

O odkryciu najkrótszego zjawiska mikrosoczewkowania znalezionego do tej pory, o nazwie OGLE-2016-BLG-1928, o skali czasowej zaledwie 42 minut – astronomowie poinformowali w czwartek. „Kiedy zobaczyliśmy to zjawisko, było oczywiste, że musiało zostać spowodowane przez niezwykle mały obiekt” – zauważa cytowany w informacji prasowej współautor pracy, dr Radosław Poleski z Obserwatorium Astronomicznego UW.

Najprawdopodobniej zjawisko OGLE-2016-BLG-1928 zostało wywołane przez obiekt, który opuścił swój macierzysty układ planetarny tuż po jego powstaniu. Wzajemne oddziaływania między protoplanetami mogą prowadzić do wyrzucenia niektórych z nich w przestrzeń międzygwiazdową. Istnieje jednak wiele innych mechanizmów, które mogą skutkować tym samym. Badania planet swobodnych umożliwiają więc nam lepsze zrozumienie procesów prowadzących do formowania się planet i układów planetarnych.

Oprócz danych zebranych przez projekt OGLE, w badaniach wykorzystano obserwacje zjawiska OGLE-2016-BLG-1928, wykonane przez koreańską sieć teleskopów KMTNet (Korea Microlensing Telescope Network). Projekt KMTNet dysponuje trzema teleskopami – w Chile, Australii i Południowej Afryce.

Poszukiwanie planet swobodnych jest jednym z motorów naukowych misji teleskopu kosmicznego Nancy Grace Roman, flagowej misji przygotowywanej przez amerykańską agencję kosmiczną NASA. Teleskop ma zostać wystrzelony na orbitę w 2025 roku i ma szanse zrewolucjonizować tę dziedzinę badań planet pozasłonecznych.