Pierwsze takie znalezisko w kosmosie. Polacy pomogli zmierzyć planetę swobodną

Pierwsze takie znalezisko w kosmosie. "Odkrycie dekady"

To pierwsze w pełni udokumentowane odkrycie zupełnie nowej kategorii planet pozasłonecznych - niezwykle licznej i niepoznanej dotąd grupy obiektów planetarnych, której badania są niezbędne do pełnego zrozumienia powstawania i ewolucji pozasłonecznych układów planetarnych - informuje Obserwatorium Astronomiczne (OA) Uniwersytetu Warszawskiego.

- 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 - komentuje prof. Andrzej Udalski, lider projektu OGLE, prowadzonego przez OA UW.

Planeta swobodna jak soczewka. Na obserwację jest jedynie kilkanaście godzin

Zdecydowana większość planet, które znamy, krąży wokół gwiazd. Astronomowie zdają sobie sprawę, że na skutek różnych procesów, np. oddziaływań grawitacyjnych, planety mogą zostać wyrzucone ze swoich układów w przestrzeń międzygwiazdową. Takie samotne planety nazywa się planetami swobodnymi - po prostu podróżują one przez Drogę Mleczną bez towarzystwa gwiazdy.

Jak jednak znaleźć takie obiekty? Nie będą tu skuteczne techniki znane z odkrywania planet w układach planetarnych wokół gwiazdy, np. metoda tranzytów (poszukiwanie regularnych osłabień blasku gwiazdy na skutek przechodzenia przed nią planety) czy prędkości radialnych (spektroskopowe pomiary ruchu gwiazdy spowodowane oddziaływaniem grawitacyjnym planety).

Z pomocą przychodzi technika nazywana mikrosoczewkowaniem grawitacyjnym. Zachodzi ono, gdy światło odległej gwiazdy zostaje ugięte i wzmocnione przez jakiś obiekt (zwany soczewką), przechodzący w pobliżu linii, wzdłuż której obserwujemy odległą gwiazdę. Technika może służyć również do wykrywania obiektów, które nie emitują światła, albo takich, których jasność jest bardzo słaba. Można z jej pomocą wykrywać planety swobodne. Czas trwania zjawiska mikrosoczewkowania jest bardzo krótki dla mas planetarnych: od kilku do kilkunastu godzin.

Tak (mniej więcej) wygląda soczewkowanie promieniowania, pozwalające zaobserwować planetę swobodną (opr. J. Skowron/ OGLE)

Pierwsze takie odkrycie, przy udziale polskich naukowców. Badacze mieli dużo szczęścia

Aby w metodzie mikrosoczewkowania precyzyjnie wyznaczyć masę soczewki, trzeba znać jej odległość od obserwatora. Naukowcy dokonali tego, zestawiając dane z kilku teleskopów. Krótkotrwałe zjawisko mikrosoczewkowania grawitacyjnego dla jasnej gwiazdy w centrum Galaktyki zostało początkowo zarejestrowane za pomocą teleskopów koreańskiej sieci KMTNet (obecnych w Australii, Południowej Afryce i Chile) oraz zlokalizowanego w Obserwatorium Las Campanas w Chile polskiego teleskopu projektu OGLE. Obserwację tę (z 3 maja 2024 r.) oznaczono KMT-2024-BLG-0792/OGLE-2024-BLG-0516.

Astronomowie szybko stwierdzili, że kształt zmian jasności w trakcie mikrosoczewkowania pasuje do przewidywanych zmian dla planety swobodnej. To zaś oznaczało kolejną kandydatkę na planetę swobodną.

Naukowcy wkrótce uświadomili sobie, że zbadany rejon nieba był w tym samym czasie obserwowany przez satelitę Gaia, należącego do Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA). Gaia w latach 2014-2025 regularnie mierzyła jasność dwóch miliardów gwiazd metodą fotometrii. Dany obszar nieba był obserwowany co 30 dni.

Badacze mieli dużo szczęścia: satelita obserwował właściwy rejon nieba we właściwym czasie. Dodatkowo, dzięki wyjątkowo korzystnemu ustawieniu orbity, zebrał aż sześć obserwacji fotometrycznych w ciągu 15 godzin, czyli w najważniejszych momentach największego wzmocnienia światła przez soczewkę.

W trakcie wspomnianych obserwacji satelita Gaia znajdował się w punkcie libracyjnym L2 układu Ziemia-Słońce, czyli blisko dwa miliony kilometrów od naszej planety. Jednoczesne obserwacje zjawiska mikrosoczewkowania KMT-2024-BLG-0792/OGLE-2024-BLG-0516 z Ziemi i satelity dały unikalną szansę na pomiar odległości do soczewki poprzez zmierzenie tzw. paralaksy mikrosoczewkowej.

Pierwsze takie odkrycie w Kosmosie. Pomogła triangulacja

Zasada jest tutaj analogiczna do pomiarów triangulacyjnych na Ziemi - dzięki obserwacjom z dwóch różnych miejsc można wyznaczyć odległość.

Dane z satelity Gaia trafiły na Ziemię w lipcu 2024 r. i wtedy zjawisko ogłoszono jako alert o nazwie Gaia24cdn. Analiza pokazała, że Gaia zarejestrowała zjawisko około dwie godziny później niż teleskopy naziemne. Na tej podstawie ustalono odległość do soczewki, a potem jej masę. Wynik to 0,22 masy Jowisza, czyli 70 mas Ziemi, albo porównując jeszcze inaczej: nieco mniej niż masa Saturna. Uzyskany rezultat to masa planetarna.

Na dodatek w promieniu 20 jednostek astronomicznych od planety nie wykryto żadnych oznak istnienia gwiazdy. Tym samym z bardzo dużym prawdopodobieństwem obiekt stał się pierwszą planetą swobodną, dla której dokładnie zmierzono masę.

Unikalna planeta złowiona przez naukowców. "To nasze odkrycie"

Profesor Udalski tłumaczy w rozmowie z PAP, dlaczego to tak istotne. - Wyznaczenie bezpośrednim pomiarem masy planety jest ostatecznym dowodem, że mamy do czynienia z planetą, a nie obiektem cięższym, np. małomasywnym brązowym karłem, czy tworem powstającym podobnie, jak gwiazdy czy właśnie brązowe karły - z kolapsującego sferycznie obłoku gazowego, o masie kilku/kilkunastu mas Jowisza - mówi naukowiec.

Dodaje, iż dzięki obserwacjom mikrosoczewkowym udało się znaleźć kilkanaście dobrych kandydatek na planety swobodne. Niestety we wszystkich tych przypadkach masa tych obiektów była tylko oszacowana statystycznie, bowiem bardzo rzadko techniką mikrosoczewkowania udaje się bezpośrednio wyznaczyć masę. Podkreśla, iż z reguły mamy degenerację masa-odległość obiektu soczewkującego.

- Ten unikalny przypadek, gdy tę degenerację udało się znieść - to nasze odkrycie. Teraz wiemy na pewno, ze planety swobodne istnieją i mają rzeczywiście masy planetarne. Jest to więc nowa kategoria planet pozasłonecznych - wskazuje polski astronom.

"Roman" zbada planety swobodne. Start misji w tym roku

W 2026 roku w kosmos ma polecieć satelitarna misja Roman. Za jedno z głównych zadań NASA stawia jej detekcję i badania planet swobodnych. Również Chińczycy przygotowują analogiczny projekt, misję Earth 2.0, w 2028 roku. Prawdopodobnie więc w najbliższych latach astronomowie odkryją dużo więcej obiektów tego rodzaju.

Czytaj także: 

• Edwin Hubble pokazał, że Wszechświat to dużo więcej niż jedna galaktyka
• Atmosfera jakiej jeszcze nie widziano. Niezwykłe odkrycie w kosmosie

Skąd się biorą planety swobodne? Zapytany przez PAP prof. Andrzej Udalski tłumaczy, iż typowe planety swobodne to efekt oddziaływań grawitacyjnych pomiędzy planetami podczas powstawania systemów planetarnych. Wówczas, w mocno niestabilnym jeszcze układzie planetarnym, planety migrują i może się zdarzyć, że na skutek bliskich spotkań i oddziaływań grawitacyjnych mogą być wyrzucane poza układ.

Inna możliwość to bliskie spotkania układu planetarnego z innymi gwiazdami. W naszych rejonach Droga Mleczna jest dość pusta, ale bliżej centrum takie spotkania zachodzą częściej. Wtedy ponownie oddziaływania grawitacyjne między układem planetarnym i sąsiednią gwiazdą mogą zakończyć się wyrwaniem planety z układu.

Z laboratoriów na karty powieści. Temat planet swobodnych fascynuje pisarzy

Temat planet swobodnych ciekawi nie tylko astronomów. W ostatnich latach pojawiły się utwory science-fiction, wybierające te klasę obiektów jako scenerię dla akcji prezentowanej w książkach i filmach. Profesor Andrzej Udalski wskazuje najnowszy przykład, który przytoczono w chińskim komunikacie prasowym o odkryciu. Dotyczy on popularnego w Chinach serialu o tytule "The Wandering Earth" ("Wędrująca Ziemia"). Serial jest oparty na historii opisanej w opowiadaniu o tym samym tytule, którego autorem jest Cixin Liu (znany przed wszystkim z powieści "Problem trzech ciał"). Fabuła opisuje, iż cywilizacja musi zbudować olbrzymi system rakietowy, aby wyrzucić Ziemię z jej orbity, w celu uniknięcia niechybnej zagłady.

Pierwszym autorem artykułu w "Science" jest Subo Dong. W gronie autorów jest wielu Polaków: 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 MNiSW, NCN oraz FNP.

Źródła: Polskie Radio/PAP/mbl