Międzynarodowa grupa astronomów w danych zebranych przez Kosmiczny Teleskop Keplera odkryła cztery nieznane dotąd planety swobodne, czyli takie, które nie są związane grawitacyjnie z żadną gwiazdą. W badaniach brał udział dr Radosław Poleski z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego.
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 częścią jakiegoś układu planetarnego, z którego zostały wyrzucone w wyniku wzajemnych oddziaływań między protoplanetami na wczesnym etapie formowania się systemu planetarnego. Choć, jak przyznają eksperci, jest wiele innych mechanizmów, które mogłyby do tego doprowadzić.
To jedne z bardziej tajemniczych obiektów astronomicznych. Ponieważ samotnie przemierzają bezkres kosmosu i nie krążą wokół żadnej gwiazdy, bardzo trudno je wykryć. Najlepszą metodą do tego jest mikrosoczewkowanie grawitacyjne, wynikające z ogólnej teorii względności (OTW) Alberta Einsteina.
Badania międzynarodowego zespołu, w których udział brał dr Radosław Poleski z UW, zostały opublikowane w „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” (DOI: 10.1093/mnras/stab1377).
Zgodnie z OTW, jak czytamy w komunikacie Uniwersytetu Warszawskiego, zjawisko mikrosoczewkowania zachodzi, gdy światło od odległego źródła uginane jest przez bliższy obiekt zwany soczewką. Masa soczewki zakrzywia przestrzeń wokół niej, co powoduje ugięcie promieni świetlnych, w efekcie czego można zaobserwować pojaśnienie źródła. Innymi słowy, do mikrosoczewkowania grawitacyjnego dochodzi wtedy, gdy grawitacja obiektów zagina i wzmacnia światło z odleglejszych gwiazd w chwili, gdy na jednej linii znajdzie się źródło promieniowania, obiekt soczewkujący oraz obserwator na Ziemi. Jeśli soczewką jest gwiazda, to pojaśnienie trwa od kilku do nawet około stu dni, jeśli zaś soczewką jest planeta – od kilku godzin do paru dni.
Mikrosoczewkowanie grawitacyjne to bardzo rzadkie zjawisko. Wywołuje je zaledwie jedna na około milion gwiazd, a planety swobodne powodują mniej niż jeden procent mikrosoczewek. Dlatego do wykrycia tego zjawiska należy nieustannie obserwować bardzo wiele gwiazd, np. gęste pola gwiazdowe.
Nieznane dotychczas planety swobodne zostały odkryte dzięki danym zebranym w 2016 roku przez Kosmiczny Teleskop Keplera. Przez ponad dwa miesiące satelita obserwował centralne zgrubienie Drogi Mlecznej, wykonując co 30 minut zdjęcie obszaru zawierającego miliony gwiazd. Dzięki tej pracy uczeni odkryli 22 krótkie zjawiska mikrosoczewkowania. Zostały one wykryte również przez teleskopy naziemne grup OGLE i KMTNet. Grupa OGLE z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego – pod kierunkiem prof. Andrzeja Udalskiego – bada zjawiska mikrosoczewkowania grawitacyjnego od prawie 30 lat, wykorzystując teleskop w obserwatorium Las Campanas w Chile.
Jednak obserwacje z teleskopów naziemnych mają tę wadę, że muszą uwzględniać wpływ pogody. Nie da się także prowadzić badań w dzień. Te ograniczenia nie wpływają na obserwacje prowadzone przez teleskopy satelitarne takie jak Kosmiczny Teleskop Keplera, który poza 22 zjawiskami mikrosoczewkowania widocznymi także z Ziemi, dostrzegł dodatkowe cztery bardzo krótkie zjawiska, które najprawdopodobniej zostały spowodowane przez planety swobodne.
Kosmiczny Teleskop Keplera zakończył już swoją misję, jednak dane, które zebrał, będą analizowane jeszcze przez długi czas. Dodatkowo sam teleskop nie był zaprojektowany do wykrywania planet metodą mikrosoczewkowania grawitacyjnego ani do obserwacji gęstych obszarów gwiazd. Jednak mimo to obserwatorium dostarczyło bezcennych danych, w których badacze co jakiś czas znajdują nieznane obiekty. Choć analiza danych nie należała do najłatwiejszych. - To tak, jakbyśmy próbowali zobaczyć świetlika wśród świateł samochodów na autostradzie i używali do tego aparatu w smartfonie – przyznał dr Iain McDonald z brytyjskiego Open University, który kierował badaniami.
Teleskop Nancy Grace Roman Space Telescope (NGRST), który ma zostać w ciągu kilku lat wystrzelony przez NASA, będzie znacznie lepiej nadawać się do poszukiwania planet swobodnych. Naukowcy przekonują, że dzięki niemu uda się odnaleźć setki planet samotnie wędrujących w przestrzeni kosmicznej. Ich zidentyfikowanie pomoże naukowcom oszacować całkowitą liczbę podobnych, samotnych obiektów w naszej galaktyce.
Dr Radosław Poleski obecnie uczestniczy w planowaniu obserwacji mikrosoczewkowych, które będzie wykonywał NGRST. – Ten teleskop będzie przełomem w badaniach planet swobodnych, ponieważ pozwoli nam wykrywać obiekty o dużo mniejszych masach niż jest to możliwe teraz – zapowiada astronom. – Mam nadzieję, że razem z teleskopem Roman obserwacje będzie prowadził także satelita Euclid przygotowywany przez Europejską Agencję Kosmiczną. Połączenie ich możliwości obserwacyjnych pozwoliłoby na bezpośrednie zmierzenie mas wielu planet swobodnych, a tym samym lepsze zrozumienie właściwości tych niezwykłych obiektów – wyjaśnia dr Poleski.
Źródło: Uniwersytet Warszawski, fot. NASA/JPL-Caltec
