Grupie polskich astronomów z California Institute of Technology i Pennsylvania State University udało się jako pierwszym określić masy planet krążących wokół pulsara poprzez precyzyjne pomiary zmian okresu potrzebnego na obiegnięcie przez nie gwiazdy.

Odkrycie zostało ogłoszone na spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego przez dr. Macieja Konackiego z Caltechu i Aleksandra Wolszczana, profesora astronomii z Penn State. Masy dwóch spośród trzech planet obiegających odległą o 1500 lat świetlnych, szybko wirująca gwiazdę w Pannie wynoszą odpowiednio 4,3 i 3,0 masy Ziemi. Błąd określono na 5 procent wartości.

Dwie zważone planety krążą wokół pulsara po orbitach leżących prawie w jednej płaszczyźnie. Jeśli trzecie ciało również spełnia ten warunek, oznacza to że jego masa to około dwie masy ziemskiego Księżyca. Pomiary te dostarczają przekonujących dowodów, że planety musiały powstać z dysku materii otaczającego pulsar w podobny sposób, w jaki wyewoluowały planety Układu Słonecznego.

Orbity trzech planet spełniają podobne proporcje jak te, po których krążą Merkury, Wenus i Ziemia. Czyni to oba systemy podobnymi do siebie. Planety Wolszczana są prekursorami innych planet typu ziemskiego jakie zostaną odkryte w okolicach pobliskich gwiazd przez przyszłe misje: Space Interferometry Mission i Terrestrial Planet Finder.

Zaskakujące jest to, że układ planet wokół pulsara 1257+12 bardziej przypomina nasz system niż jakikolwiek inny system planetarny odkryty wokół gwiazdy podobnej do Słońca. To zdaje się sugerować, że powstawanie planet jest procesem bardziej uniwersalnym niż dotąd sądzono” – powiedział Konacki.

Pierwsze planety krążące wokół innych niż Słońce gwiazd zostały odkryte przez Wolszczana i Dale’a Fraila (z National Radio Astronomy Observatory) wokół starej, szybko kręcącej się gwiazdy neutronowej PSR B1257+12, w czasie akcji poszukiwania pulsarów prowadzonej w 1990 roku za pomocą 305-metrowego radioteleskopu Arecibo. Gwiazdy neutronowe często są obserwowane jako pulsary radiowe. Zachowują się jak źródła szybko pulsujących, periodycznych błysków promieniowania radiowego. Są one gęsto upakowanymi pozostałościami po wybuchach gwiazd supernowych kończących życie zwykłych ale masywnych gwiazd.

Doskonała precyzja pulsarów milisekundowych dostarcza szansy poszukiwania planet lub nawet dużych planetoid krążących wokół pulsarów. Metoda badawcza jest podobna do tej, której do poszukiwania planet wokół słońcopodobnych gwiazd używają posługujący się efektem Dopplera astronomowie. Krążąca planeta powoduje ruch pulsara, jego regularne oddalanie się i zbliżanie. Efektem tego są okresowe perturbacje momentów przychodzenia pulsów.

Podobnie jak w przypadku efektu Dopplera, metoda pulsów jest czuła jedynie na ruch planety w kierunku naszej obserwacji (Ziemia-pulsar). Możliwe jest więc jedynie określenie rzutu orbity planety na kierunek obserwacji, a zmierzenie rzeczywistych rozmiarów orbity jest niemożliwe.

Wkrótce po odkryciu planet wokół PSR 1257+12 astronomowie zdali sobie sprawę że planety muszą ze sobą silnie oddziaływać grawitacyjnie, gdyż okresy ich obiegu są współmierne w stosunku prawie równym 3:2 (jeden z nich wynosi 66,5 a drugi 98,2 dnia). Wielkość i obraz zaburzeń wynikających z poruszania się prawie w rezonansie zależy od wzajemnej orientacji orbit planet i ich mas. Z dokładnych pomiarów czasu przyjścia impulsów można więc w zasadzie określić wszystkie te wielkości.

Wolszczan zademonstrował poprawność tego podejścia w 1994 roku prezentując rzeczywiste istnienie tego efektu perturbacyjnego w pomiarach czasowych planet. Był to pierwszy przypadek pomiaru efektów rezonansowych dla planet znajdujących się poza Układem Słonecznym. W ostatnich latach podobne efekty zaobserwowano też w przypadku planet olbrzymów obiegających normalne gwiazdy.

Konacki i Wolszczan zastosowali technikę oddziaływań i rezonansów do mikrosekundowych pomiarów PSR B1257+12 wykonanych w latach 1990-2003 za pomocą radioteleskopu Arecibo. W pracy która ukaże się w Astrophysical Journal Letters demonstrują że odcisk perturbacji widziany w danych czasowych jest wystarczająco wyraźny aby dokładnie wyznaczyć masy dwóch planet krążących wokół pulsara.

Pomiary wykonane przez polskich uczonych wykluczyły możliwość, że planety tego pulsara są masywniejsze, co mogłoby się zdarzyć gdyby ich orbity były prostopadłe do kierunku obserwacji. Oznacza to że mamy do czynienia z pierwszą niedwuznaczną identyfikacją planet podobnych do Ziemi znajdujących się poza Układem Słonecznym i powstałych z otaczającego gwiazdę dysku protoplanetarnego.

To odkrycie i uderzające podobieństwo układu planetarnego pulsara do wewnętrznej części naszego systemu planetarnego dostarcza ważnych wskazówek do planowania przyszłego poszukiwania planet podobnych do Ziemi krążących wokół najbliższych gwiazd” – powiedział Wolszczan.

Autor

Michał Matraszek