Czyżby ledwie widoczna czerwona plamka była długo oczekiwanym, najprawdziwszym obrazem planety pozasłonecznej? Twórcy zdjęcia mają wiele argumentów na poparcie tej tezy, jednak jej przeciwnicy domagają się dalszych obserwacji. W ciągu dwóch najbliższych lat dowiemy się ostatecznie kto miał rację.

Od 1998 roku grupa europejskich i amerykańskich astronomów bada bardzo młode “gromady otwarte”, właściwie jeszcze nie powinno się ich określać tym mianem. Są to przeważnie konglomeraty pyłu i gazu, zawierające w swoim wnętrzu powstające gwiazdy.

Takie pseudogromady otwarte są świetnym miejscem do poszukiwania obiektów o nieco mniejszych masach od krytycznej masy zapoczątkowania reakcji termojądrowej (nazywane planetami – gazowymi olbrzymami, bądź brązowymi karłami). Szef zespołu, Gael Chouvin, astronom pracujący w ESO, zauważa, że “niezależnie od rodzaju materii z jakiej powstały, obiekty, posiadające masy mniejsze od gwiazd, łatwiej wykryć, gdy są jeszcze młode i gorące – do kilkunastu milionów lat od momentu powstania”.

Badacze skupili się przede wszystkim na obserwacjach zgrupowania gwiazd TW Hydrae. Jest ono położone w południowej części konstelacji Hydry, odległości około 230 lat świetlnych od nas. Do obserwacji użyto spektrografu NACO (nazwa pochodzi od dwóch skrótów NAOS – Nasmyth Adaptive Optics System oraz CONICA – Near-Infrared Imager and Spectrograph) zamontowanego na 8,2-metrowym teleskopie VLT w Chile. Dzięki systemowi optyki adaptatywnej minimalizującemu wpływ atmosferycznych zakłóceń można uzyskać niezwykle ostre obrazy w podczerwieni. Podstawą działania systemu był sensor mierzący długość fali światła docierającego do obiektywu. To jedyne w swoim rodzaju urządzenie pozwoliło uzyskać niezniekształcony obraz obiektu 2M1207 w granicznym paśmie między światłem widzialnym, a promieniowaniem podczerwonym.

Zgrupowanie gwiazd TW Hydrae zawiera jeden układ podwójny składający się z gwiazdy i brązowego karła o masie 20-krotnie większej od Jowisza, a także cztery inne gwiazdy otoczone protoplanetarnymi dyskami. Brązowe karły to zarodki gwiazd, którym nigdy nie udało się zabłysnąć – ich masa nie była na tyle duża, by w ich wnętrzach zostały zapoczątkowane procesy termojądrowe. Grawitacyjne zapadanie zostało zatrzymane przez ciśnienie w ich wnętrzach. W wyniku tego procesu ich temperatura podniosła się na tyle, że emitują bardzo nikłe światło. Brązowe karły, podobnie jak Słońce i wielkie planety w Układzie Słonecznym, składają się w znacznej mierze z wodoru.

Odkrycia dokonano podczas obserwacji brązowego karła o nazwie katalogowej 2MASSWJ1207334-393254 w skrócie 2M1207 w zgrupowaniu TW Hydrae. Na zdjęciach wykonanych przy użyciu różnych filtrów astronomowie zauważyli niewielki świecący punkt. Jego średnica nie przekraczała 0,8 sekundy łuku, natomiast jasność była 100 razy mniejsza niż jasność badanego brązowego karła. “Jeżeli nie zastosowalibyśmy optyki adaptatywnej, obiekt w ogóle nie byłby widoczny” – stwierdza Geal Chauvin.

Christophe Dumas, inny członek grupy badawczej, jest bardzo podniecony odkryciem: “Dobrze pamiętam to drżenie rąk, gdy zobaczyłem słabe źródło światła na wyświetlaczu urządzenia. Niesamowite przeżycie. Mimo że ten obiekt ma dużo większe rozmiary niż Ziemia, mam dziwne przeczucie, że jest to pierwsza sfotografowana planeta poza Układem Słonecznym

Planeta pozasłoneczna czy brązowy karzeł?

(Na górze) Porównanie spektrum obiektów 2M1207 (ciągła niebieska linia) i T513 – inny obiekt o masie mniejszej niż gwiazdy (linia przerywana). (Na dole) Porównanie spektrum obiektów: GPCC – troszeczkę zaszumiony sygnał (ciągła czerwona linia), 2M0301(linia przerywana) i SDSS0539(kropki). Spektrum GPCC odpowiada dokładnie pozostałym dwóm. Potwierdza to tezę, że mamy do czynienia z ciałem o masie mniejszej niż gwiazda. Głębokie obniżenia po obu stronach wykresu wskazują na obecność wody.

Jaką naturę ma naprawdę zaobserwowany obiekt? Czy może to być rzeczywiście pozasłoneczna planeta obiegająca brązowego karła w odległości 8,250 milionów kilometrów (podwojona długość promienia orbity Neptuna)?

Jeżeli towarzysz 2M1207 jest pozasłoneczną planetą, to byłaby to najbardziej oddalona od gwiazdy centralnej planeta jaką znamy” – mówi Benjamin Zukerman z Uniwersytetu Kalifornijskiego, członek grupy badawczej, astrobiolog z NASA.

Dzięki zastosowaniu spektrografu NACO, udało się ustalić dokładniej status obiektu. W świetle emitowanym przez atmosferę towarzysza brązowego karła znaleziono pasmo absorpcyjne wody. Wskazuje to, że najprawdopodobniej mamy do czynienia z planetą.

Spektrum młodej planety może znacznie przypominać światło emitowane przez starego i znacznie bardziej masywnego brązowego karła. Po ochłodzeniu taki wielki obiekt wysyłałby światło o spektrum identycznym jak zarejestrowane widma gazowych olbrzymów z naszego układu planetarnego.

Na razie badacze wykluczyli, jakoby światło podejrzanego obiektu pochodziło spoza naszej Galaktyki lub było obrazem zimnej czerwonej gwiazdy znajdującej się za brązowym karłem.

Po dokładnym rozważeniu wszystkich możliwości nie wyklucza się, że zaobserwowany pojaśniony punkt jest obrazem starszego i bardziej masywnego obiektu w tle; brązowy karzeł nie może być na sto procent wykluczony. Szczegóły będzie można znaleźć w raporcie badawczym, który niedługo zostanie opublikowany w European Journal Astronomy & Astrophysics

Dlaczego warto obserwować takie układy, jak 2M1207?

Porównanie układu 2M1207 z Układem Słonecznym. Obiekty narysowano w odpowiadającej sobie skali. Również odległości w obu układach odpowiadają sobie. Proporcje między wielkością, a odległością nie zostały zachowane; odległości znacznie skrócono.

Brązowy karzeł 2M1207 masę około 25 razy większą niż Jowisz, co stanowi 1/42 masy Słońca. Jako członek zgrupowania TW Hydrae ma zaledwie 8 milionów lat.

Układ Słoneczny liczy sobie 4600 milionów lat, dlatego trudno nam ustalić, co dokładnie działo się w ciągu pierwszych 10 milionów kiedy powstały planety. Jeżeli astronomom udałoby się przyjrzeć bliżej któremuś z licznych, młodych układów planetarnych, moglibyśmy “podejrzeć” początki Układu Słonecznego i dowiedzieć się jak powstała nasza planeta.

Anne-Marie Lagrange, członek zespołu badawczego, astronom pracująca w Obserwatorium w Grenoble, próbuje przewidzieć przyszłość programu badawczego. “Nasze odkrycie jest pierwszym krokiem postawionym w nowej dziedzinie badań astrofizycznych: obserwacji wizualnych i spektroskopowych układów planetarnych“. Takie badania umożliwią odkrycie struktury i składu chemicznego wielkich, a może w końcu i mniejszych planet.

Co wynika z obserwacji?

Według obecnych szacunków, opartych na teorii ewolucji planet, zaobserwowany obiekt, wstępnie nazwany GPCC – Giant Planet Candidate Companion (towarzysz kandydat na wielką planetę) ma 5-krotnie większą masę niż Jowisz i jest położony 55 razy dalej od 2M1207 niż Ziemia do Słońca (55 AU). Temperatura GPCC przekracza 10-krotnie temperaturę zewnętrznych warstw atmosfery Jowisza i wynosi 1000 stopni Celsjusza. Temperatura jest tak wysoka, ponieważ GPCC ciągle zapada się pod wpływem własnego pola grawitacyjnego. Podobne procesy zachodzą na dużo starszych wielkich planetach, dobrym tego przykładem jest Jowisz. Największa planeta Układu Słonecznego do dziś wypromieniowuje więcej energii niż otrzymuje jej od Słońca.

Astronomowie dalej będą prowadzić badania układu 2M1207, by potwierdzić albo obalić tezę, jakoby zauważone ciało było pierwszą zaobserwowaną planetą pozasłoneczną. W ciągu najbliższych lat, na podstawie ruchu brązowego karła i jego potencjalnego towarzysza powinniśmy dokładnie ustalić, czy oba ciała się wzajemnie obiegają. Zostanie także zmierzona jasność GPCC w różnych długościach fali. Ponadto konieczne może okazać się przeprowadzenie kolejnych badań spektroskopowych.

Możemy być pewni, że wraz z rozwojem techniki będziemy mogli zaobserwować wiele planet krążących wokół odległych gwiazd. Odkrycia będą wynikiem stosowania coraz większych teleskopów naziemnych z wysokiej jakości systemami optyki adaptatywnej jak również obserwacji prowadzonych z przestrzeni kosmicznej.

Autor

Marcin Nowakowski