Polscy astronomowie uczestniczyli w badaniach, które pozwoliły na odkrycie nowej klasy planet pozasłonecznych, tzw. planet swobodnych. To obiekty przemierzające naszą galaktykę, Drogę Mleczną, samotnie, niezwiązane grawitacyjnie z żadną gwiazdą. Istnienie tych planet postulowano już wcześniej, teraz udało się to potwierdzić dzięki bezpośredniemu "zważeniu" planety odkrytej z pomocą zjawiska tzw. mikrosoczewkowania grawitacyjnego. Międzynarodowy zespół astronomów, w którym kluczową rolę odgrywali badacze z prowadzonego w Obserwatorium Astronomicznym Uniwersytetu Warszawskiego przeglądu nieba OGLE oraz projektu Gaia Science Alerts satelity Gaia ogłosił swoje odkrycie w prestiżowym czasopiśmie "Science".
Chcesz być na bieżąco? Odwiedź stronę główną RMF24.pl.
Możliwość istnienia pozaziemskich światów czy pozaziemskich cywilizacji od wieków fascynowała ludzkość. Dopiero jednak 30 lat temu odkryto pierwsze planety pozasłoneczne wokół gwiazd podobnych do Słońca, co zapoczątkowało eksperymentalnie nową dziedzinę w astronomii.
Badania planet pozasłonecznych rozwijają się w ostatnich dekadach niesłychanie intensywnie, odsłaniając coraz więcej tajemnic pozaziemskich światów i dowodząc, że nasz Układ Słoneczny jest tylko jednym z wielu różnorodnych układów planetarnych istniejących we Wszechświecie i niekoniecznie unikalnym.
Odkryte dotąd pozasłoneczne planety znajdują się w układach związanych grawitacyjnie ze swoimi naturalnymi gwiazdami, krążąc wokół nich po orbitach. Astronomowie od wielu lat zdawali sobie jednak sprawę, że planety powinny móc istnieć także poza układami związanymi, gdy wskutek różnorodnych procesów - choćby oddziaływań grawitacyjnych z innymi planetami w trakcie formowania się układu, albo bliskich przejść sąsiednich gwiazd - zostaną wyrwane ze swych macierzystych układów i wystrzelone w przestrzeń międzygwiazdową.
Takie samotne planety, nazwane planetami swobodnymi, mogą wędrować przez Drogę Mleczną, nie będąc związane z żadną gwiazdą. Teoretyczne szacunki wskazują nawet, że liczba takich planet może być bardzo duża i wręcz przewyższać liczbę planet związanych.
Możliwość istnienia planet swobodnych, a nawet istnienia na nich jakiejś formy życia, rozpalała wyobraźnię naukowców i twórców science fiction, jednak niełatwo potwierdzić obecność obiektów, które same nie świecą i nie oddziałują grawitacyjnie z macierzystymi gwiazdami.
Z pomocą przyszła technika mikrosoczewkowania grawitacyjnego umożliwiająca pomiar masy takiego obiektu. W praktyce mikrosoczewkowanie zachodzi kiedy światło odległej gwiazdy zostaje ugięte i wzmocnione przez grawitację bliższego obiektu, zwanego soczewką. Ponieważ efekt nie zależy od jasności obiektu-soczewki, metoda ta pozwala na wykrywanie takich obiektów nawet, gdy same nie emitują światła.
Czas trwania zjawiska mikrosoczewkowania zależy generalnie od masy soczewki. W przypadku mas planetarnych jest on bardzo krótki - rzędu zaledwie kilku do kilkunastu godzin.
W 2017 roku astronomowie z projektu OGLE opublikowali wyniki poszukiwań planet swobodnych oparte na kilkuletnich intensywnych obserwacjach około 50 milionów gwiazd w kierunku centrum Drogi Mlecznej. Odkryli kilka tysięcy zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego w 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 tamtej przełomowej pracy opublikowanej w prestiżowym tygodniku naukowym "Nature".
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 przekraczająca 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 roku. 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, któremu nadano 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. 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 sondę kosmiczną Europejskiej Agencji Kosmicznej Gaia, która dokonywała w latach 2014-2025 regularnych obserwacji fotometrycznych dwóch miliardów gwiazd z całego nieba. Satelita ten nie był jednak przystosowany do obserwacji zjawisk krótkotrwałych, bowiem 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.
Satelita Gaia znajdował się w owym czasie w odległym o niemal dwa miliony 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 roku i wówczas zjawisko zostało ogłoszone przez zespół Gaia jako alert Gaia24cdn.
Analiza danych zaobserwowanego zjawiska mikrosoczewkowania, zebranych z powierzchni Ziemi przez teleskopy projektów KMTNet i OGLE oraz danych satelitarnych z satelity Gaia, wykazała, że przebieg zjawiska z obu oddalonych o dwa miliony kilometrów obserwatoriów był podobny. Jednak zjawisko zarejestrowane przez satelitę Gaia nastąpiło około dwie godziny 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 Układu Słonecznego. Nie znaleziono też, żadnych śladów obecności potencjalnej macierzystej gwiazdy w promieniu ponad dwudziestu 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 tych obiektów. Ich badania są niezbędne do pełnego zrozumienia powstawania i ewolucji pozasłonecznych układów planetarnych. To "odkrycie dekady", porównywalne z odkryciem pierwszych udokumentowanych planetpozasłonecznych w latach 90. ubiegłego wieku - przekonuje prof. Andrzej Udalski, lider projektu OGLE i współautor pracy w tygodniku "Science".
Odkrycie będzie niewątpliwie silnym impulsem do dalszych intensywnych badań. Już w tym roku zostanie wystrzelona satelitarna misja NASA Nancy Grace Roman Space Telescope, 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 roku i jego celem będzie również poszukiwanie planet swobodnych. Są duże szanse, że za kilka lat będziemy o nich wiedzieć dużo więcej.
Projekt OGLE jest współfinansowany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego, Narodowe Centrum Nauki oraz Fundację na Rzecz Nauki Polskiej.
Na podstawie materiałów przygotowanych przez zespół Obserwatorium Astronomicznego UW.