Polscy astronomowie z zespołu OGLE prowadzonego przez prof. Andrzeja Udalskiego są współautorami odkrycia nowej klasy planet pozasłonecznych ? swobodnie poruszających się ciał o masach rzędu masy Jowisza. Według naukowców są to najprawdopodobniej planety, które zostały wyrzucone przez siły grawitacyjne z powstających układów planetarnych. Praca informująca o odkryciu ukazała się w najnowszym numerze prestiżowego tygodnika naukowego Nature.

 

W skład międzynarodowego zespołu astronomów, który dokonał odkrycia, wchodzą członkowie japońsko-nowozelandzkiej grupy MOA (Microlensing Observations in Astrophysics) oraz Polacy z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, którzy od początku lat 90. realizują projekt badawczy OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment), poszukując na niebie i obserwując zjawiska mikrosoczewkowania grawitacyjnego.
I właśnie podczas fotometrycznych przeglądów nieba w kierunku centrum Galaktyki w poszukiwaniu zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego, astronomom udało się rozpoznać nowe obiekty.

Swobodne planety były przez lata przedmiotem spekulacji teorii naukowych, ale ich istnienie pozostawało niepewne. Obecne odkrycie pokazuje, że obiekty tego typu rzeczywiście istnieją w przyrodzie. Co więcej, duża, znacząco większa od oczekiwanej, liczba odkrytych tych niezmiernie trudno wykrywalnych ciał świadczy o tym, że muszą być one znacząco liczniejsze niż można się było spodziewać. Wstępne oszacowania wskazują, że obiektów tego typu, o masie większej niż masa Jowisza, na wykrycie których pozwalają analizowane
w opublikowanej właśnie pracy dane, może być nawet dwukrotnie więcej niż zwykłych gwiazd w Galaktyce. Liczba swobodnych planet o masach mniejszych,  możliwych do odkrycia w przyszłości dzięki dokładniejszym obserwacjom, m.in. spoza Ziemi, może być dużo większa niż swobodnych Jowiszów, gdyż zarówno teoria,
jak i obserwacje planet związanych z gwiazdami pokazują, że małomasywnych planet jest znacząco więcej niż planet masywnych.

 

Przez blisko 20 lat polscy naukowcy z projektu OGLE dokonali wielu przełomowych odkryć, m.in. ok. 20 planet pozasłonecznych, kilku nieznanych dotąd planetoid w Układzie Słonecznym i setek tysięcy gwiazd zmieniających blask. Wśród członków zespołu OGLE, będących również współautorami nowego odkrycia, są laureaci nagród i programów Fundacji na rzecz Nauki Polskiej: szef projektu prof. Andrzej Udalski w 2002 r. otrzymał najwyższe polskie wyróżnienie naukowe – Nagrodę FNP, prof. Grzegorz Pietrzyński jest laureatem programów FNP TEAM i FOCUS, prof. Igor Soszyński ? programu POWROTY/HOMING, a Radosław Poleski ? laureatem stypendium START dla najzdolniejszych naukowców rozpoczynających karierę badawczą.

Czym jest mikrosoczewkowanie grawitacyjne?

Zjawiska mikrosoczewkowania grawitacyjnego zostały przewidziane jako wynik teorii względności przez Alberta Einsteina i zaproponowane do wykorzystania w wielu współczesnych zastosowaniach astrofizycznych przez nieżyjącego już wybitnego polskiego astronoma, prof. Bohdana Paczyńskiego (także uhonorowanego Nagrodą FNP w 1996 r., właśnie za te badania). Zjawiska te można zaobserwować, gdy jakiś obiekt (może to być gwiazda albo planeta) przechodzi blisko świecącej w tle odległej gwiazdy. Przechodzące ciało ugina swym polem grawitacyjnym promieniowanie gwiazdy tła powodując jej wzmocnienie i pojaśnienie ? z Ziemi widoczne jest to jako charakterystyczna zmiana jasności gwiazdy. Czas trwania pojaśnienia soczewkowanej gwiazdy tła zależy od masy obiektu soczewkującego: w przypadku gwiazd pojaśnienie może trwać kilkadziesiąt dni, w przypadku obiektów planetarnych jest krótkotrwałe, z reguły poniżej 2?3 dni.

Więcej o odkryciu:

W danych fotometrycznych zebranych w obserwatorium Mt. John w Nowej Zelandii w latach 2006?2007 przez zespół MOA, prowadzący obserwacje kilku obszarów nieba z dużą rozdzielczością czasową, udało się znaleźć dziesięć przypadków krótkotrwałych zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego, które najprawdopodobniej wywołane zostały przez obiekty o masie porównywalnej z masą Jowisza. Większa część tych samych obszarów nieba obserwowana była również przez polski projekt OGLE w obserwatorium Las Campanas w Chile. Znacznie lepsze dane obserwacyjne i korzystne położenie Obserwatorium Las Campanas względem Obserwatorium Mt. John pozwoliły uzupełnić dane i potwierdzić  mikrosoczewkowy charakter zaobserwowanych zjawisk.

Brak sygnału mikrosoczewkowania od centralnych gwiazd w zarejestrowanych zjawiskach świadczy o tym, że najprawdopodobniej są to swobodne planety, uwolnione z układów planetarnych lub planety krążące na bardzo odległych orbitach. Jednak inne badania wskazują, że te ostatnie przypadki są bardzo rzadkie.

Dotychczas astronomom udało się znaleźć kilka samodzielnych obiektów planetopodobnych o masach kilku mas Jowisza, w okolicach powstających gromad gwiazdowych. Jednak astronomowie sądzą, że tego typu obiekty powstają w sposób analogiczny do gwiazd ? z kurczących się sferycznych obłoków pyłu i gazu i są raczej podobne do tzw. brązowych karłów ? niedoszłych gwiazd, których masa jest zbyt mała by wytwarzać stabilnie energię w procesach reakcji termojądrowych.

Z kolei przypuszcza się, że planety swobodne najprawdopodobniej powstają w dyskach protoplanetarnych, z których zostają wystrzelone i oderwane od macierzystych układów planetarnych przez siły grawitacyjne. Dzieje się tak na skutek ich zbliżania do sąsiednich masywnych planet lub w rezultacie zbliżenia się do układu planetarnego sąsiednich gwiazd. Oderwane wówczas planety krążą na stabilnych orbitach wokół środka Galaktyki, podobnie jak inne gwiazdy, pozostając niedostępnymi obserwacjom metodami innymi niż mikrosoczewkowanie.

Zaobserwowana liczba swobodnych planet wydaje się potwierdzać scenariusz wystrzeliwania planet.
W przeciwnym razie zaobserwowano by ich dużo mniej. Wydaje się, że systemy planetarne w fazie formowania często pozostają niestabilne i ucieczka z nich planet jest zjawiskiem częstym. Można się też spodziewać, że wystrzeliwanie planet mniej masywnych niż Jowisz będzie powszechniejsze i ich liczba będzie dużo większa niż liczba masywnych planet swobodnych.

Wyniki opublikowane w Nature stanowią dopiero bardzo wstępne oszacowanie powszechności występowania planet swobodnych. Dokładniejsze informacje o ich liczebności, własnościach i parametrach będą możliwe po zebraniu znacząco większej próbki tych obiektów. Obserwacje zbierane w trakcie rozpoczętej w marcu 2010 roku czwartej fazy projektu OGLE już od kilkunastu miesięcy dostarczają odpowiednich danych obserwacyjnych. Projekt OGLE-IV, prowadzony w Obserwatorium Astronomicznym Uniwersytetu Warszawskiego, jest przeglądem nieba nowej generacji odkrywającym kilka razy więcej zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego niż dotychczasowe przeglądy. Po kilku sezonach obserwacyjnych liczba zaobserwowanych zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego wywołanego przez swobodne planety powinna być wystarczająco duża do pełniejszej charakteryzacji ich własności.

Projekt OGLE-IV dostarczy też unikalnych danych umożliwiających scharakteryzowanie planet pozasłonecznych w układach związanych, krążących wokół macierzystych gwiazd w odległości od jednej do kilku odległości Ziemia?Słońce. Badanie własności tego typu planet, znajdujących się w niezmiernie ważnych rejonach systemów planetarnych ? poza tzw. linią śniegu, gdzie układy planetarne powstają, jest możliwe obecnie tylko za pomocą techniki mikrosoczewkowania grawitacyjnego. W przyszłości planowane są misje kosmiczne (WFIRST), które pozwolą na jeszcze dokładniejsze scharakteryzowanie tego typu planet i planet swobodnych tą samą techniką.

 

Publikacja w NATURE (link)

Fot.: źródło: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt [1]

 

Kontakt:

prof. Andrzej Udalski

e-mail: udalski@astrouw.edu.pl

Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego,

Al. Ujazdowskie 4, 00-478 Warszawa

tel. 48-22-5530507 w. 116