Naukowcy z Uniwersytetu Warszawskiego odkryli najmniejszą swobodną planetę. Nie obiega żadnej gwiazdy

Międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez astronomów z Uniwersytetu Warszawskiego poinformował o odkryciu najmniejszej planety swobodnej, czyli takiej, która nie jest powiązana z żadną gwiazdą. Obserwacji dokonano, korzystając ze zjawiska mikrosoczewkowania grawitacyjnego.

Pierwsze (potwierdzone) planety pozasłoneczne odkryli w 1992 roku Polak Aleksander Wolszczan i Kanadyjczyk Dale Frail. Zaobserwowali wtedy trzy egzoplanety obiegające pulsara Lich. Od tamtej pory astronomom z całego świata udało się wykryć ponad cztery tysiące kolejnych planet we Wszechświecie. Niedawno badacze ogłosili nawet odkrycie pierwszej kandydatki na planetę poza naszą galaktyką, Drogą Mleczną.

Choć większość tych planet nie przypomina naszej Ziemi, mają jedną wspólną cechę - obiegają jakąś gwiazdę. Badacze od dawna podejrzewali jednak, że egzoplanety mogą również występować samotnie we Wszechświecie (są to tzw. planety swobodne), a pierwszych dowodów na potwierdzenie tej teorii dostarczył zespół OGLE z Obserwatorium Astronomicznego UW przed kilkoma laty. 

Polscy astronomowie odkryli najmniejszą swobodną planetę

Teraz międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez badaczy z Uniwersytetu Warszawskiego poinformował o odkryciu najmniejszej znanej swobodnej planety. Znajduje się ona kilkanaście tysięcy lat świetlnych od nas i jest mniejsza od Ziemi. Masa obiektu jest ok. trzech razy większa od masy Marsa (Czerwona Planeta jest prawie 10 razy mniej masywna od naszej).

Oczywiście wykrycie tak małego obiektu w takiej odległości nie byłoby możliwe podczas obserwacji wizualnej. Badacze najczęściej korzystają z metod pośrednich - m.in. tranzytu (przejście na tle gwiazdy) lub - tak jak w tym przypadku - mikrosoczewkowania grawitacyjnego, czyli zjawiska przewidzianego przez ogólną teorię względności Einsteina.

Mikrosoczewkowanie grawitacyjne zachodzi w momencie, gdy przed odległym źródłem światła przejdzie (w linii prostej od obserwatora) masywny obiekt - np. planeta - który zadziała jak gigantyczna soczewka. Zakrzywienie czasoprzestrzeni sprawia, że obraz odległej gwiazdy obserwujemy wówczas jako jaśniejszy, ale mocno zniekształcony. Symulację takiego przejścia badacze z UW pokazali na poniższych filmach:

 

 

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. 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 tylko na jedną gwiazdę-źródło, musielibyśmy czekać średnio prawie milion lat, żeby zaobserwować mikrosoczewkowanie

- tłumaczy dr Przemysław Mróz z California Institute of Technology w USA, pierwszy autor publikacji cytowany w komunikacie UW.

Naukowcy z Uniwersytetu Warszawskiego odkryli najmniejszą swobodną planetę. Nie obiega żadnej gwiazdy fot. Jan Skowron / Astronomical Observatory, University of Warsaw

Wyjątkowo krótkotrwałe zjawisko mikrosoczewkowania grawitacyjnego

Mikrosoczewkowanie grawitacyjne pozwala zatem wykryć również te obiekty, które same nie emitują (ani nie odbijają) światła. Co ciekawe, na podstawie długości trwania zjawiska można oszacować masę soczewki. Gdy soczewką jest bowiem planeta, pojaśnieniu (w danym momencie) ulega jedynie niewielka część powierzchni odleglejszej gwiazdy.

I tak dla planet gazowych o masie Jowisza mikrosoczewkowanie grawitacyjne trwa od jednego do dwóch dni, a w przypadku planet skalistych podobnych do Ziemi - do kilku godzin. W przypadku zjawiska OGLE-2016-BLG-1928 skala czasowa wyniosła zaledwie 42 minut.

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

- tłumaczy dr Mróz.

Zdaniem autorów badania jasne jest więc, że OGLE-2016-BLG-1928 spowodować mógł bardzo mały obiekt, taki jak niewielka planeta skalista. A jako że w jej pobliżu nie udało się zauważyć obecności żadnego innego ciała (gwiazdy) - naukowcy wiedzą, że najprawdopodobniej jest to samotna planeta.

Kiedy zobaczyliśmy to zjawisko, było oczywiste, że musiało zostać spowodowane przez niezwykle mały obiekt. Co więcej, to prawdopodobnie samotna planeta. Gdyby w jej pobliżu znajdowała się gwiazda, wykrylibyśmy jej obecność. Gwiazda wywołałaby drugie, dłuższe pojaśnienie, którego nie zaobserwowaliśmy

- mówi dr Radosław Poleski z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, współautor publikacji.

Badacze podejrzewają, że planeta odpowiedzialna za wywołanie zjawiska najprawdopodobniej powstała w pobliżu gwiazdy, jednak została wyrzucona ze swojego macierzystego układu planetarnego. Do takiego zdarzenia może dojść m.in. za sprawą wzajemnych oddziaływań grawitacyjnych pomiędzy protoplanetami kształtującego się właśnie systemu.

Polski eksperyment OGLE

Astronomowie z UW dokonali odkrycia w ramach prowadzonego przez polskich badaczy eksperymentu OGLE. To działający od ponad 28 lat projekt kompleksowego przeglądu nieba realizowany przez 1,3-metrowy Teleskop Warszawski w Obserwatorium Las Campanas w Chile. W pracach wykorzystano również dane pochodzące z koreańskiej sieci teleskopów KMTNet (Korea Microlensing Telescope Network).

Wyniki badania zostały opublikowane w minionym tygodniu na łamach prestiżowego czasopisma "Astrophysical Journal Letters".

Warto wspomnieć, że zdaniem naukowców nasza galaktyka usiana jest planetami. Wedle różnych szacunków może być ich od kilkuset milionów do nawet 160 miliardów. Z przeprowadzonych w 2019 roku badań naukowców z Penn State University wynika, że w Drodze Mlecznej może być nawet 10 mld planet podobnych do Ziemi. Problem w tym, że większości z nich wciąż nie jesteśmy w stanie zaobserwować.