Polscy naukowcy z OGLE, wspólnie z międzynarodowym zespołem badawczym, zmierzyli masę planety swobodnej. Tym samym ostatecznie udowodnili, iż takie obiekty istnieją. Wyniki badań ukazały się w "Science".
Znamy już kilka tysięcy planet pozasłonecznych (egzoplanet). Prawie wszystkie z nich to ciała związane grawitacyjnie z gwiazdami, krążące w układach planetarnych. Jednak przy pomocy mikrosoczewkowania grawitacyjnego naukowcy są w stanie wykrywać obiekty zwane planetami swobodnymi, czyli planety poruszające się przez Galaktykę bez towarzystwa gwiazdy.
Do tej pory dla kilkunastu znanych przypadków tego rodzaju mówiło się raczej o kandydatkach na planety, bowiem nie były znane dokładne masy tych ciał. Nowe odkrycie jest przełomem, gdyż wreszcie udało się dokładnie wyznaczyć masę takiej planety.
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 – powiedział prof. Andrzej Udalski, kierujący projektem OGLE, prowadzonym przez Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego.
Do poszukiwania planet swobodnych użyteczna jest technika zwana mikrosoczewkowaniem grawitacyjnym. Zjawisko to zachodzi, gdy obserwujemy odległą gwiazdę, a blisko linii widzenia przechodzi jakiś obiekt (nazywany soczewką). W efekcie światło odległej gwiazdy ulegnie zaburzeniu (pojaśnieniu) na pewien czas, w charakterystyczny sposób. Soczewka nie musi świecić, aby wywołać ten efekt, dlatego można w ten sposób wykrywać obiekty trudne do wypatrzenia w zwykły sposób, czyli na przykład samotne planety.
Dla mas planetarnych czas trwania zjawiska mikrosoczewkowania jest krótki, od kilku do kilkunastu godzin. Jak dotąd udało się wyryć kilkanaście kandydatek na planety swobodne.
Przełomowe obserwacje
Istotnym problemem w tej metodzie obserwacji, iż fakt, że aby dokładnie wyznaczyć masę soczewki, trzeba znać znać odległość do niej.
Przełom w badaniach nastąpił dzięki obserwacjom z 3 maja 2024 roku, dokonanych przy pomocy teleskopów koreańskiej sieci KMTNet (w Australii, Południowej Afryce i Chile) oraz polskiego teleskopu projektu OGLE, pracującego w Obserwatorium Las Campanas w Chile. Zarejestrowano krótkotrwałe zjawisko mikrosoczewkowania grawitacyjnego dla jasnej gwiazdy w centrum Galaktyki. Oznaczono je sygnaturą KMT-2024-BLG-0792/OGLE-2024-BLG-0516. Krzywa blasku pasowała do mikrosoczekowania wywołanego prze planetę swobodną.
Ale to nie koniec, bowiem badacze ustalili, że obserwowany obszar nieba był w tym samym czasie badany tez przez satelitę Gaia, który w latach 2014-2025 regularnie wykonywał fotometrię dwóch miliardów gwiazd. Poszczególne obszary nieba były skanowane co 30 dni. Szczęśliwym zbiegiem okoliczności Gaia obserwowała akurat ten rejon, w którym wykryto mikrosoczewkowanie, w trakcie zaledwie dwudniowego zjawiska. Wyjątkowo korzystne ustawienie orbity spowodowało, że dostarczyła aż sześć obserwacji fotometrycznych w ciągu 15 godzin, czyli w najważniejszych momentach największego wzmocnienia światła przez soczewkę.
Jako że Gaia obserwowała z punktu lagrange'a L2, czyli blisko dwa miliony kilometrów od Ziemi, można było zastosować tzw. parakalsę mikrosoczewkową.Zasada jest tutaj taka sama, jak w pomiarach triangulacyjnych – dzięki obserwacjom z dwóch różnych miejsc (z Ziemi oraz z satelity) można wyznaczyć odległość.
Gdy dane z satelity Gaia dotarły na Ziemię w lipcu 2024 roku, ogłoszono alert o nazwie Gaia24cdn. Po analizie ustalono, że Gaia zarejestrowała zjawisko około dwie godziny po dokonaniu tego przez teleskopy naziemne. Pozwoliło to obliczyć odległość do soczewki, a następnie jej masę: 0,22 masy Jowisza, czyli 70 mas Ziemi, albo nieco mniej niż masa Saturna. Co więcej ,w promieniu 20 jednostek astronomicznych od planety nie zaobserwowano oznak istnienia gwiazdy. Oznacza to, że z bardzo dużym prawdopodobieństwem mamy do czynienia z planeta swobodną - pierwszą z wyznaczoną dokładnie masą.
To może być początek szerszych badań planet swobodnych, bowiem na 2026 roku NASA szykuje jest misję satelitarna Roman, do której zadań będzie należało wykrywanie i badanie planet swobodnych. Również Chiny maja podobne plany, szykując misję Earth 2.0 na 2028 rok.
Planety swobodne, a science-fiction
Planety swobodne przyciągnęły również uwagę autorów książek i filmów science-fiction. W ostatnich latach pojawiły się utwory, których akcje rozgrywa się na tego rodzaju planetach. Profesor Andrzej Udalski podaje jako przykład popularny Chinach serial "The Wandering Earth” („Wędrująca Ziemia”), który jest oparty na opowiadaniu o takim samym tytule, autorstwa Cixina Liu (znanym z powieści „Problem trzech ciał”). Akcja pokazuje, jak cywilizacja musi zbudować wielki system rakietowy, aby wyrzucić Ziemię z jej orbity, gdyż inaczej czeka ją zagłada.
Pierwszym autorem publikacji w „Science” jest Subo Dong. Polscy autorzy publikacji: Andrzej Udalski, Przemek Mróz, Krzysztof A. Rybicki, Łukasz Wyrzykowski, Radosław Poleski, Jan Skowron, Michał K. Szymański, Igor Soszyński, Paweł Pietrukowicz, Szymon Kozłowski, Dorota M. Skowron, Krzysztof Ulaczyk, Mariusz Gromadzki, Milena Ratajczak, Patryk Iwanek, Marcin Wrona, Mateusz J. Mróz.
Projekt OGLE jest współfinansowany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego (granty naukowe Ideas i Iuventus plus, Stypendia dla Wybitnych Młodych Naukowców, Diamentowe Granty, SPUB), Narodowe Centrum Nauki (granty MAESTRO, Opus, Harmonia, Sonata, Symfonia) oraz Fundację na Rzecz Nauki Polskiej (subsydia profesorskie, programy Team, Homing, Focus oraz Start).
Opracowanie: Krzysztof Czart
Źródło: OA UW / Science
Na ilustracji
Artystyczne przedstawienie zjawiska mikrosoczewkowania grawitacyjnego KMT-2024-BLG-0792/OGLE-2024-BLG-0516, obserwowanego równocześnie z obserwatoriów ziemskich i z satelity Gaia. Źródło: J. Skowron / OGLE.
