Dodano: 30 październik 2020r.

Naukowcy z UW odkryli najmniejszą planetę swobodnie poruszającą się po Drodze Mlecznej

Planety swobodne - samotnie wędrujące światy niezwiązane z żadnymi gwiazdami – naukowcy uważają, że w Drodze Mlecznej mogą być ich miliardy. Jedną z takich planet, najmniejszą jak do tej pory, odkrył międzynarodowy zespół astronomów kierowany przez badaczy z Uniwersytetu Warszawskiego.

Naukowcy z UW odkryli najmniejszą planetę swobodnie poruszającą się po Drodze Mlecznej

 

Planety swobodne, nazywane też planetami samotnymi, to planet niezwiązane grawitacyjnie z żadną gwiazdą. Są one odizolowane, płyną swobodnie w przestrzeni kosmicznej. Możliwe, że wcześniej były one związane z jakąś gwiazdą-gospodarzem. Uczeni sądzą, że tego typu obiekty zostały wyrzucone z układów macierzystych w wyniku wzajemnych oddziaływań między protoplanetami na wczesnym etapie formowania się systemu planetarnego, choć przyznają też, że jest wiele innych mechanizmów, które mogą doprowadzić do tego samego.

Najmniejsza planeta swobodna

Naukowcy podejrzewają, że w Drodze Mlecznej mogą istnieć miliardy swobodnie wędrujących się planet, ale jak dotąd, wśród ponad 4000 światów odkrytych poza naszym Układem Słonecznym, jest tylko garstka kandydatów na planety swobodne.

Pierwszych dowodów na istnienie planet swobodnych w Drodze Mlecznej dostarczyły kilka lat temu badania prowadzone przez polskich naukowców z zespołu OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego. Ale astronomowie badający powstawanie i ewolucję układów planetarnych już wcześniej przewidywali istnienie planet, wyrzuconych ze swoich macierzystych układów i przemierzających samotnie Drogę Mleczną.

Większość z kandydatów na planety swobodne to duże planety mierzące od 2 do 40 mas naszego Jowisza, a Jowisz ma masę około 300 mas Ziemi. Teraz uczeni na łamach „The Astrophysical Journal Letters” donieśli o prawdopodobnym odkryciu najmniejszej takiej planety. Wykryty obiekt jest mniejszy od Ziemi i posiada masę mniej więcej trzech mas Marsa. Znajduje się kilkanaście tysięcy lat świetlnych od Słońca.

Mikrosoczewkowanie grawitacyjne

Odkrywanie planet pozasłonecznych nie należy do łatwych. Rzadko kiedy można obserwować światło pochodzące z takich obiektów. Większość z nich została odkryta w wyniku obserwacji pośrednich – tranzytów na tle gwiazdy macierzystej lub efektów wpływu planet na ich gwiazdy. Jeśli chodzi i planety swobodne sprawa komplikuje się jeszcze bardziej. Naturalnym miejsce do poszukiwania egzoplanet są okolice gwiazd. Ale planety swobodne z definicji nie krążą wokół żadnej gwiazdy, dlatego metody używane przy odkrywaniu zwykłych planet tutaj nie zdają egzaminu. Astronomowie wykorzystują do tego technikę mikrosoczewkowania grawitacyjnego.

"Mikrosoczewkowanie grawitacyjne jest efektem wynikającym z ogólnej teorii względności. Albert 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" - czytamy na stronach Uniwersytetu Warszawskiego.

- 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 przebywający obecnie na stażu podoktorskim w California Institute of Technology w Stanach Zjednoczonych, 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.

Dr Mróz i jego badania

Dr Mróz jest absolwentem Uniwersytetu Warszawskiego, stopień doktora uzyskał w Obserwatorium Astronomicznym UW. Jego zainteresowania naukowe skupiają się przede wszystkim wokół zastosowań zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego w astrofizyce. Zajmuje się również badaniem budowy i historii Drogi Mlecznej i sąsiednich galaktyk, gwiazd zmiennych i wybuchowych.

Dr Mróz w czerwcu tego roku został pierwszym Polakiem uhonorowanym przez Międzynarodową Unię Astronomiczną nagrodą The 2019 IAU PhD Prize, przyznawaną za najwybitniejsze na świecie prace doktorskie w dziedzinie astronomii. Nagrodzona praca zatytułowana „Astrophysical applications of gravitational microlensing in the Milky Way”, napisana pod kierunkiem prof. Andrzeja Udalskiego, dotyczyła dwóch projektów: pomiarów częstości występowania i własności planet swobodnych krążących w naszej Galaktyce oraz badań nad rozmieszczeniem gwiazd i obiektów ciemnych w Drodze Mlecznej metodą wyznaczania głębokości optycznej i częstości zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego.

Wspomniane projekty bazowały na wieloletnich obserwacjach centralnych części Drogi Mlecznej prowadzonych w ramach przeglądu nieba OGLE. Jak wykazał dr Mróz, planety swobodne o masach zbliżonych do masy Jowisza są znacznie rzadsze niż do tej pory sądzono. Mróz odkrył też kilka zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego wywołanych prawdopodobnie przez planety swobodne o masach zbliżonych do masy Ziemi, których istnienie było przewidywane przez teorie formowania się układów planetarnych.

Za te badania dr Mróz został uhonorowany także w I edycji konkursu o Nagrodę im. Franka Wilczka.

Projekt OGLE

W związku z nikłymi szansami dostrzeżenia zjawiska mikrosoczewkowania grawitacyjnego, obserwacje są stale skupione na gwiazdach znajdujących się w centrum naszej Galaktyki, bo tam prawdopodobieństwo zajścia tego zjawiska jest największe. Jednym z takich eksperymentów jest OGLE – przegląd nieba prowadzony od 28 lat przez astronomów z Uniwersytetu Warszawskiego. To jeden z największych i najstarszych tego typu projektów.

Polacy dysponują Teleskopem Warszawskim, który wcale nie znajduje się w naszej stolicy, jakby na to wskazywała nazwa. Zlokalizowany jest w Obserwatorium Las Campanas w Chile, gdzie panują doskonałe warunki do obserwacji nieba. Każdej nocy polscy astronomowie kierują teleskop na te same obszary nieba, mierzą jasność setek milionów gwiazd i wypatrują obiektów, które zmieniają swoją jasność.

Odkrycie

Jako że zjawiska mikrosoczewkowania grawitacyjnego nie zależą od jasności soczewki, jest do 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” - czytamy w komunikacie opublikowanym na stronach internetowych UW.

- Światło całej tarczy gwiazdy-źródła jest skupiane przez soczewkę grawitacyjną. Inaczej jest w przypadku soczewkowania przez planety. Wtedy pojaśnieniu ulega tylko niewielka część powierzchni gwiazdy - wyjaśnia dr Mróz. Ten efekt umożliwia astronomom bardziej precyzyjne oszacowania masy soczewki.

Zjawisko mikrosoczewkowania, które doprowadziło do odkrycia najmniejszej planety swobodnej, sklasyfikowane jako OGLE-2016-BLG-1928, trwało zaledwie 42 minuty. Jego krótki czas wskazywał, że spowodowane zostało przez bardzo mały obiekt. Model opracowane przez badaczy wskazały, że za soczewkę robił obiekt mniejszy od naszej planety. Uczeni oszacowali, że jego masa wynosi około trzech mas Marsa.

- To prawdopodobnie samotna planeta. Gdyby w jej pobliżu znajdowała się gwiazda, wykrylibyśmy jej obecność. Gwiazda wywołałaby drugie, dłuższe pojaśnienie, którego nie zaobserwowaliśmy – zaznacza dr Radosław Poleski z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, współautor publikacji.

- 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 prof. Andrzej Udalski z Obserwatorium Astronomicznego UW, kierownik projektu OGLE.

 

Źródło: Uniwersytet Warszawski, fot. Jan Skowron / Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego