Przejdź do treści

Poszukiwanie planet krążących wokół pulsarów

Wizja artystyczna układu planetarnego krążącego wokół pulsara milisekundowego

Czy wokół ekstremalnych pulsarów czai się więcej ukrytych egzoplanet? Ostatnie badanie eksploruje dobrze zaobserwowany zestaw pulsarów w polowaniu na ich planetarnych towarzyszy.

Obecność pierwszych planet poza naszym Układem Słonecznym została potwierdzona w 1992 roku. Znaleziono je krążące wokół pulsara PSR B1257+12 a odkrycia dokonali: polski astronom Aleksander Wolszczan i Dale Frail. Badając impulsy pochodzące od tej wirującej, namagnesowanej gwiazdy neutronowej, naukowcy potwierdzili obecność dwóch małych okrążających go planet. Dwa lata później w tym samym układzie znaleziono trzecią planetę – i wydawało się, że pulsary są bardzo obiecujące jako gospodarze dla egzoplanet.

Ale potem tempo odkryć egzoplanet krążących wokół pulsarów zmalało. Zdominowały je inne metody wykrywania planet, takie jak metoda pomiarów prędkości radialnych czy metoda tranzytów. Spośród ponad 4000 potwierdzonych egzoplanet, które w sumie zostały odkryte, jedynie sześć krąży wokół pulsarów.

Czy ten niedostatek istnieje, ponieważ planety krążące wokół pulsarów są niezwykle rzadkie? A może po prostu nie przeprowadziliśmy wystarczającej liczby systematycznych poszukiwań planet przy pulsarach? W nowych badaniach Erica Behrens odpowiada na to pytanie, wykorzystując zestaw danych do badania szybko wirujących pulsarów milisekundowych w poszukiwaniu oznak ukrytych planet.

Jak się wykrywa planety krążące wokół pulsarów? Pulsary emitują wiązki gorącego promieniowania, które migają podczas wirowania za każdym razem, gdy są zwrócone w stronę obserwatora (niczym latarnia morska). Regularność tych błysków jest niezwykle stabilna, a kiedy obserwujemy je przez dłuższy czas, możemy przewidzieć moment nadejścia impulsów z dokładnością do mikrosekund!

Ponieważ impulsy te są tak przewidywalne, wszelkie zaburzenia, które mogą je zmienić, mogą być mierzone i modelowane. W szczególności obecność ciała towarzyszącego wokół pulsara spowoduje, że oba obiekty okrążając wspólny środek masy układu, wprowadzą okresową sygnaturę czasu przybycia impulsu od pulsara. Ta fluktuacja taktowania impulsu pozwala mierzyć okres i masę potencjalnych towarzyszy.

Aby zbadać te sygnatury w danych z pulsarów, Behrens i współpracownicy zwracają się do obserwacji 45 pojedynczych pulsarów milisekundowych, które zostały wykonane w ramach projektu obserwacji fal grawitacyjnych NANOGrav (North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves).

Głównym celem NANOGrav jest wykorzystanie dokładnego taktowania tych pulsarów do pomiaru zmarszczek w czasoprzestrzeni wywołanych przez fale grawitacyjne. Ale w trakcie prac tego projektu dokładnie monitorowano czasy nadejścia impulsów dla tych pulsarów przez 11 lat, tworząc niezwykle dokładny zestaw danych, w którym możemy szukać dowodów na istnienie planet krążących wokół któregokolwiek z 45 pulsarów.

Szukając w danych okresowych sygnałów, zespół wykluczył obecność planet o okresach od 7 do 2000 dni. Wprowadzając do danych symulowane sygnały, autorzy pracy pokazują, że ich analiza jest czuła na towarzyszy o masach mniejszych niż Ziemia – w rzeczywistości dla niektórych pulsarów wyeliminowali możliwość istnienia towarzyszy o masie większej niż ułamek masy naszego Księżyca!

Badanie to pokazuje niesamowitą moc i czułość w monitorowaniu pulsarów w polowaniu na małe egzoplanety. Chociaż prawdą może być, że planety wokół pulsarów są rzadkością, te, które tam jednak są, nie mogą pozostać długo w ukryciu.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Searching Pulsars for Planets

The NANOGrav 11 yr Data Set: Constraints on Planetary Masses Around 45 Millisecond Pulsars

Źródło: AASNova

Na ilustracji: Wizja artystyczna układu planetarnego krążącego wokół pulsara milisekundowego. Źródło: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC)