Międzynarodowy zespół astronomów prowadzący fotometryczne przeglądy nieba w kierunku centrum Galaktyki w poszukiwaniu zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego poinformował o odkryciu 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. W skład zespołu wchodzą astronomowie z japońsko-nowozelandzkiej grupy MOA (Microlensing Observations in Astrophysics) oraz naukowcy z prowadzonego w Obserwatorium Astronomicznym Uniwersytetu Warszawskiego pod kierunkiem prof. dr hab. Andrzej Udalskiego wielkoskalowego przeglądu nieba OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment). Praca informująca o odkryciu ukazała się w prestiżowym tygodniku naukowym Nature.

Odkrycie oparte jest na wynikach poszukiwania krótkotrwałych zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego występujących w kierunku centrum Galaktyki. Tego typu zjawiska zachodzą gdy obdarzony masą obiekt (gwiazda, planeta) – soczewka – przechodzi przed inną odległą gwiazdą tła. Przechodzące ciało ugina swym polem grawitacyjnym promieniowanie gwiazdy tła powodując jej wzmocnienie i pojaśnienie. Zjawiska mikrosoczewkowania 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. 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.

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.

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 się można było spodziewać. Wstępne oszacowania wskazują, że obiektów tego typu, o masie większej niż masa Jowisza, na wykrycie których pozwalają analizowane w 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.

Zmiany jasności krótkotrwałego zjawiska mikrosoczewkowania grawitacyjnego wywołanego najprawdopodobniej przez swobodną planetę zarejestrowane przez projekt OGLE-IV w nocy 8/9 maja 2011 roku w Obserwatorium Las Campanas w Chile. Linia ciągła obrazuje zmiany jasności przewidywane przez zjawisko mikrosoczewkowania. Fragmenty kolejnych zdjęć nieba wykonane w ciągu kilku godzin teleskopem warszawskim w Las Campanas pokazują krótkotrwałe pojaśnienie odległej gwiazdy z Centrum Galaktyki przez przechodzącą przed nią swobodną planetę.

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.

Autor

Szymon Kozłowski

Komentarze

  1. NitaJerzy    

    Odkrycie nowych (jakże egzotycznych!) światów cieszy, ale… to już było(!) — O podobnym odkryciu (podwójnego planemo) czytałem już w 2006 r.

    http://wyborcza.pl/1,75476,3526709.html

    Informowano też już wcześniej o globach planetopodobnych w gromadach kulistych. Obiegają one nie gwiazdy gromady, a podobnie jak tamtejsze obiekty gwiezdne, grawitacyjne jej centrum. Jeszcze dziś można o tym przeczytać np. tu:

    http://portalwiedzy.onet.pl/123263,1,,,planety_w_gromadzie_kulistej_m22,haslo.html

    W świetle definicji planemo znalezionej w wikipedii

    http://pl.wikipedia.org/wiki/Planemo

    trochę mnie zaskakuje unikanie tego terminu w komunikatach o tym ważnym polskim odkryciu. Jeśli w definicji pojęcia planeta zawarte jest stwierdzenie, że jest to obiekt grawitacyjnie powiązany z gwiazdą to osoby formułujące treści newsów informujących szeroki ogół sympatyków astronomii, powinny raczej unikać tego typu błędów. Chyba, że zmieniło się rozumienie pojęcia “planety”. Na razie jednak nic mi o tym nie wiadomo.

    Choć więc to ważne i potrzebne odkrycie (będące jednak kontynuacją wcześniejszych podobnych osiągnięć innych grup uczonych) sposób jego opisania jest taki, że w świetle wcześniejszych doniesień kojarzy mi się nieco z wyważaniem otwartych drzwi.

    1. sq5scy    

      Czy na pewno to odkrycie już było? — Planety swobodne w gromadzie M22 okazały się być artefaktami w danych. Sami autorzy oryginalnej pracy popełnili kolejną pracę naukową (nawiązującą do pierwszej), w której kajali się i przepraszali za tę pierwszą – oczywiście przyznając się do błędu.

      Wikipedia NIE jest ani podstawowym, ani wiarygodnym źródłem informacji (co najwyżej może do niego aspirować). Czy to że ktoś zlepi sobie kilka wyrazow w “planemo” oznacza zaraz, że wyraz ma być akceptowany przez wszystkich? Czy Międzynarodowa Unia Astronomiczna oficjalnie zakceptowała tę nazwę?

      Opisywany artykuł o odkryciu planet swobodnych jest po pierwsze oryginalny (inaczej nie pojawił by się w Nature) oraz dodatkowo wnosi “powiew swieżości” do dziedziny badań nad planetami – mamy teraz nową grupę (klasę) obiektów. Na podstawie tego odkrycia możliwe było określenie częstości występowania tego rodzaju planet.

      Szymon Kozłowski

      1. NitaJerzy    

        A czy mamy zupełną pewność, że to odkrycie nie okaże się kiedyś równie wątpliwe co dziś te poprzednie? — Z tego co na tę chwilę wiem planeta – według definicji Międzynarodowej Unii Astronomicznej – to świ8ecący odbitym światłem obiekt o kulistopodobnym kształcie okrążający gwiazdę lub pozostałości gwiezdne (pulsar, czarna dziura). W związku z tym rzeczą sensowną było nazwać nieco inaczej “planety swobodne”. I za to, że ktoś to uczynił raczej nie należy mieć mu tego za złe.

        O tym, że odkrycie planemo w gromadzie kulistej M22 okazało się pomyłką najzwyczajniej do tej pory nie wiedziałem. Jestem jedynie miłośnikiem astronomii, a nie uczestniczącym bezpośrednio w życiu naukowym zawodowym astronomem. Uważam, że jeśli informacja o jakimś odkryciu okazała się pomyłką, popularyzujące naukę media powinny o tym informować równie szeroko co o samym (rzekomym, jak się okazuje) “przełomie”. Jestem kolekcjonerem polskojęzycznych astronewsów i na żaden z takim dementi w tej akurat sprawie jakoś nie natrafiłem. To dziwne bo sporo czasu temu od wielu lat poświęcam. Stąd skłonny byłem przypuszczać, że to tylko zwiększenie liczby odkrytych “planet swobodnych”, a nie zarejestrowanie zupełnie “nowej grupy (klasy) obiektów”. Dlatego wynikło to nieporozumienie. Mam nadzieję, że o ile odkrycie tych dziesięciu swobodnych globów również za kilka lat okaże się być obarczone jakimiś błędami (czego odkrywcom rzecz jasna nie życzę) ogół zainteresowanych zostanie o tym szczegółowo i szeroko poinformowany. Pozwoli to na w pełni merytoryczne ukształtowanie aktualnego stanu wiedzy przez każdego amatora tematyki pozasłonecznych globów i uniknięcie niepotrzebnych polemik, straty czasu na nie. Piszę o takiej ewentualności tak na wszelki wypadek mając w pamięci sprawy planety trzech słońc Konackiego, egzoplanety Gliese 581 g, czy meteorytu ALH 84001. Po pierwszych entuzjastycznych doniesieniach następne okazywały się mocno sceptyczne. Jeśli zaś upływ czasu nie zweryfikuje negatywnie (za lat kilka czy kilkanaście) omawianego przez nas odkrycia, to też zapewne tylko kwestią czasu okaże się ponowne odnalezienie “swobodnych planet” i w gromadach kulistych. A w dalszej przyszłości to może nawet nie tylko w przestrzeniach międzygwiezdnych, ale i tych międzygalaktycznych? Swoją drogą ciekawe jak nazwalibyśmy taki w daleko jeszcze większym stopniu swobodny, planetopodobny glob? 😉

      2. szpieg z krainy deszczowców    

        Sceptycznie wobec sceptycyzmu — Encyklopedia pozasłonecznych układów planetarnych od prawie 1,5 roku nie aktualizuje tej strony, ale wciąż ją posiada:

        http://www.exoplanet.eu/cat-freefl.html

        Zatem kandydatów na pierwszą “swobodną planetę” jest istotnie więcej. Nazwa “planemo” był propozycją uporządkowania terminologii, która w gruncie rzeczy niewiele wnosiła, więc się nie przyjęła. MUA nierychliwa, ale skoro zdegradowała Plutona, to może kiedyś i ogólną definicję planety dopracuje – uwzględniając ciała, które w swojej historii były, a potem przestały być planetami w dzisiejszym brzmieniu definicji.

  2. at    

    Wiadomość usunięta — Wiadomość naruszała zasady AstroFORUM i została usunięta przez Redakcję.

  3. NitaJerzy    

    Dzięki za link do tej strony — Krótka, ale interesująca lista sześciu obiektów. Ciekawe, które z nich ostaną się na niej po aktualizacji owej strony? Masy mają planetarne, ale wysokie temperatury przypominają te charakteryzujące brązowe karły. Te podwyższone temperatury zdaje się wskazują, że mamy do czynienia z młodymi obiektami – takimi, które jeszcze przebywają nadal w obszarach gwiazdotwórczych i być może mogą stać się z czasem bardziej, a może i dużo bardziej masywne? Może masywne na tyle, że nie będziemy mogli w przyszłości zaliczać ich do planet? Ciekawe jakimi temperaturami charakteryzuje się ta dziesiątka nowoodkrytych jowiszopodobnych globów? Tych, których na tej stronie jeszcze nie ma. Być może jestem w błędzie, ale wydaje mi się, że dopiero gdy w międzygwiezdnej pustce odkryjemy liczne chłodne “swobodne planety” wyrzucone z układów planetarnych powstałych miliardy lat temu, będziemy mogli nabrać zupełnej pewności, że “swobodnych jowiszów” w Galaktyce istotnie jest bardzo wiele. Może aż takie mnóstwo, że stanowią pewien nie dający się (tak, jak do tej pory) całkowicie pomijać procent ogólnej masy składników ciemnej materii typu MACHO? Chociaż z drugiej strony aby tak być mogło, liczba takich globów musiałaby istotnie być ogromna w sytuacji gdy każda pozostałość po jakiejś gwieździe jest średnio tysiąckrotnie masywniejsza od przeciętnego “jowisza”…

  4. NitaJerzy    

    Jeszcze dodam… — …że również sądzę iż MUA kiedyś dojrzeje do korekty definicji pojęcia “planeta”. Dopracuje ją wówczas i sensownie zaktualizuje.

Komentarze są zablokowane.