Zdjęcie w tle: A. Stelter / Wikimedia Commons

Międzynarodowy zespół astronomów użył Kosmicznego Teleskopu Keplera do odkrycia czterech kandydatek na planety swobodne, czyli takie, które nie krążą wokół żadnej gwiazdy. Artykuł opisujący odkrycie ukazał się właśnie na łamach czasopisma Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. W badaniach brał udział dr Radosław Poleski z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego.

Co to planety swobodne i jak ich szukać?

Planety swobodne są jednymi z najbardziej tajemniczych obiektów znanych astronomom. Przemierzają one samotnie Drogę Mleczną, nie krążąc wokół żadnej gwiazdy, więc bardzo trudno je wykryć. Najlepszą metodą ich wykrywania jest mikrosoczewkowanie grawitacyjne, wynikające z ogólnej teorii względności Alberta Einsteina. Zgodnie z tą teorią 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 obserwujemy pojaśnienie źródła. 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.

Animacje ilustrujące mikrosoczewkowanie przez planetę swobodną.
Autor: Jan Skowron / OGLE, OAUW

Samo mikrosoczewkowanie grawitacyjne jest bardzo rzadkim zjawiskiem: jak przewidział już w latach 80. prof. Bohdan Paczyński, mikrosoczewkowanie powoduje zaledwie jedna na około milion gwiazd. Planety swobodne powodują mniej niż jeden procent mikrosoczewek. Dlatego w celu wykrywania jak największej liczby zjawisk mikrosoczewkowania trzeba stale obserwować bardzo wiele gwiazd, na przykład gęste pola gwiazdowe.

Wyniki obserwacji

Tak też było w przypadku nowo opublikowanych badań, które bazują na danych zebranych w 2016 roku przez satelitę Kepler w ramach kampanii obserwacyjnej, której celem było wykrywanie mikrosoczewek. Przez ponad dwa miesiące satelita obserwował centralne zgrubienie Drogi Mlecznej, co 30 minut wykonując zdjęcie obszaru zawierającego miliony gwiazd.

Badacze znaleźli w danych Keplera 22 krótkie zjawiska mikrosoczewkowania, które zostały również wykryte 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 dedykowany teleskop w obserwatorium Las Campanas w Chile. Na podstawie zebranych danych grupa OGLE już kilka lat temu przedstawiła jedną z pierwszych analiz częstości występowania planet swobodnych.

Autor: Jan Skowron / OGLE, OAUW

Obserwacje naziemne krótkich zjawisk mikrosoczewkowania są jednak utrudnione ze względu na brak możliwości ich prowadzenia w ciągu dnia, a także wpływ pogody. Te ograniczenia nie wpływają natomiast na obserwacje prowadzone przez teleskopy satelitarne takie jak Kepler. Dzięki temu badacze wykryli nie tylko 22 zjawiska mikrosoczewkowania widoczne z Ziemi, lecz także dodatkowe cztery bardzo krótkie zjawiska, które najprawdopodobniej zostały spowodowane przez planety swobodne. Odkrycie ma tym większą wagę, że satelita Kepler nie był zaprojektowany do wykrywania planet mikrosoczewkowych ani obserwacji gęstych obszarów gwiazd. – Skierowaliśmy starszawy i niedomagający teleskop z nieostrym wzrokiem na jeden z najgęstszych rejonów nieba, gdzie tysiące gwiazd zmienia swoją jasność oraz przesuwają się tysiące asteroid – opowiada dr Iain McDonald z brytyjskiego Open University, który kierował badaniami. – Z tej kakofonii próbujemy wyłuskać charakterystyczne pojaśnienia powodowane przez planety swobodne i mamy tylko jedną szansę, by odkryć każdy z sygnałów. To tak, jakbyśmy próbowali zobaczyć świetlika wśród świateł samochodów na autostradzie i używali do tego aparatu w smartfonie – porównuje astronom.

Aby znaleźć planety swobodne, badacze musieli się zmierzyć z koniecznością opracowania nowych metod analizy danych. Dr Radosław Poleski z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego opracował metodę pomiaru jasności gwiazd obserwowanych przez satelitę Kepler, co było pierwszym krokiem do odnalezienia w danych Keplera krótkich zjawisk mikrosoczewkowania. – Mój program komputerowy do pomiaru jasności gwiazd jest publicznie dostępny w serwisie GitHub, dzięki czemu dr McDonald nawiązał ze mną współpracę – wyjaśnia naukowiec.

Dr Poleski obecnie uczestniczy w planowaniu obserwacji mikrosoczewkowych, które będzie wykonywał Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman, budowany przez agencję kosmiczną NASA. – 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 będzie obserwował 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.

Autor

Szymon Ryszkowski

Redaktor Naczelny Portalu Astronomicznego AstroNET, członek Klubu Astronomicznego Almukantarat. Autor gry planszowej Solar System Voyager.