Czym są planety swobodne?
Międzynarodowy zespół astronomów, w tym – z Polski, odkrył niezwykły kosmiczny obiekt i wyznaczył jego dokładną masę, udowadniając ostatecznie, że planety swobodne istnieją. O „przełomowym pomiarze” w dziedzinie badania planet pozasłonecznych poinformowało „Science”.
Czym są planety swobodne?
.To pierwsza w pełni udokumentowana detekcja zupełnie nowej kategorii planet pozasłonecznych – niezwykle licznej i niepoznanej dotąd grupy obiektów planetarnych, której badania są niezbędne do pełnego zrozumienia powstawania i ewolucji pozasłonecznych układów planetarnych – informuje Obserwatorium Astronomiczne (OA) Uniwersytetu Warszawskiego.
– To „odkrycie dekady”, porównywalne z odkryciem pierwszych udokumentowanych planet pozasłonecznych w latach 90. ubiegłego wieku. Astronomowie wreszcie mają pewność, iż tego typu obiekty istnieją we Wszechświecie – komentuje prof. Andrzej Udalski, lider projektu OGLE, prowadzonego przez OA UW.
Zdecydowana większość planet, które znamy, krąży wokół gwiazd. Astronomowie zdają sobie sprawę, że na skutek różnych procesów, np. oddziaływań grawitacyjnych, planety mogą zostać wyrzucone ze swoich układów w przestrzeń międzygwiazdową. Takie samotne planety nazywa się planetami swobodnymi. Po prostu podróżują przez Drogę Mleczną bez towarzystwa gwiazdy.
Jak jednak znaleźć takie obiekty? Nie będą tu skuteczne techniki znane z odkrywania planet w układach planetarnych wokół gwiazdy, np. metoda tranzytów (poszukiwanie regularnych osłabień blasku gwiazdy na skutek przechodzenia przed nią planety) czy prędkości radialnych (spektroskopowe pomiary ruchu gwiazdy spowodowane oddziaływaniem grawitacyjnym planety).
Z pomocą przychodzi technika nazywana mikrosoczewkowaniem grawitacyjnym. Zachodzi ono, gdy światło odległej gwiazdy zostaje ugięte i wzmocnione przez jakiś obiekt (zwany soczewką), przechodzący w pobliżu linii, wzdłuż której obserwujemy odległą gwiazdę. Technika może służyć również do wykrywania obiektów, które nie emitują światła, albo takich, których jasność jest bardzo słaba. Można z jej pomocą wykrywać planety swobodne. Czas trwania zjawiska mikrosoczewkowania jest bardzo krótki dla mas planetarnych: od kilku do kilkunastu godzin.
Poszukiwania nowej kategorii planet pozasłonecznych
.Ogólnie do tej pory odkryto kilkanaście kandydatek na planety swobodne. Astronomowie nazywają je kandydatkami, gdyż nie mają pewności co do mas tych obiektów. Mogą to bowiem być też przykładowo brązowe karły, czyli kategoria ciał pomiędzy planetami, a gwiazdami.
Aby w metodzie mikrosoczewkowania precyzyjnie wyznaczyć masę soczewki, trzeba znać odległość soczewki od obserwatora. Naukowcy dokonali tego, zestawiając dane z kilku teleskopów.
Krótkotrwałe zjawisko mikrosoczewkowania grawitacyjnego dla jasnej gwiazdy w centrum Galaktyki zostało początkowo zarejestrowane za pomocą teleskopów koreańskiej sieci KMTNet (obecnych w Australii, Południowej Afryce i Chile) oraz zlokalizowanego w Obserwatorium Las Campanas w Chile polskiego teleskopu projektu OGLE. Obserwację tę (z 3 maja 2024 r.) oznaczono KMT-2024-BLG-0792/OGLE-2024-BLG-0516.
Astronomowie szybko stwierdzili, że kształt zmian jasności w trakcie mikrosoczewkowania pasuje do przewidywanych zmian dla planety swobodnej. To zaś oznaczało kolejną kandydatkę na planetę swobodną.
Naukowcy wkrótce uświadomili sobie, że zbadany rejon nieba był w tym samym czasie obserwowany przez satelitę Gaia, należącego do Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA). Gaia w latach 2014-2025 regularnie mierzyła jasność dwóch miliardów gwiazd metodą fotometrii. Dany obszar nieba był obserwowany co 30 dni.
Badacze mieli dużo szczęścia: satelita obserwował właściwy rejon nieba we właściwym czasie. Dodatkowo, dzięki wyjątkowo korzystnemu ustawieniu orbity, zebrał aż sześć obserwacji fotometrycznych w ciągu 15 godzin, czyli w najważniejszych momentach największego wzmocnienia światła przez soczewkę.
W trakcie wspomnianych obserwacji satelita Gaia znajdował się w punkcie libracyjnym L2 układu Ziemia-Słońce, czyli blisko dwa miliony kilometrów od naszej planety. Jednoczesne obserwacje zjawiska mikrosoczewkowania KMT-2024-BLG-0792/OGLE-2024-BLG-0516 z Ziemi i satelity dały unikalną szansę na pomiar odległości do soczewki poprzez zmierzenie tzw. paralaksy mikrosoczewkowej.
Zasada jest tutaj analogiczna do pomiarów triangulacyjnych na Ziemi – dzięki obserwacjom z dwóch różnych miejsc można wyznaczyć odległość.
Dane z satelity Gaia trafiły na Ziemię w lipcu 2024 r. i wtedy zjawisko ogłoszono jako alert o nazwie Gaia24cdn. Analiza pokazała, że Gaia zarejestrowała zjawisko około dwie godziny później niż teleskopy naziemne. Na tej podstawie ustalono odległość do soczewki, a potem jej masę. Wynik to 0,22 masy Jowisza, czyli 70 mas Ziemi, albo porównując jeszcze inaczej: nieco mniej niż masa Saturna. Uzyskany rezultat to masa planetarna.
Na dodatek w promieniu 20 jednostek astronomicznych od planety nie wykryto żadnych oznak istnienia gwiazdy. Tym samym z bardzo dużym prawdopodobieństwem obiekt stał się pierwszą planetą swobodną, dla której dokładnie zmierzono masę.
Profesor Andrzej Udalski podkreślił dlaczego to tak istotne – Wyznaczenie bezpośrednim pomiarem masy planety jest ostatecznym dowodem, że mamy do czynienia z planetą, a nie obiektem cięższym, np. małomasywnym brązowym karłem, czy tworem powstającym podobnie, jak gwiazdy czy właśnie brązowe karły – z kolapsującego sferycznie obłoku gazowego, o masie kilku/kilkunastu mas Jowisza – mówi naukowiec.
Dodaje, iż dzięki obserwacjom mikrosoczewkowym udało się znaleźć kilkanaście dobrych kandydatek na planety swobodne. Niestety we wszystkich tych przypadkach masa tych obiektów była tylko oszacowana statystycznie, bowiem bardzo rzadko techniką mikrosoczewkowania udaje się bezpośrednio wyznaczyć masę. Podkreśla, iż z reguły mamy degenerację masa-odległość obiektu soczewkującego.
– Ten unikalny przypadek, gdy tę degenerację udało się znieść – to nasze odkrycie. Teraz wiemy na pewno, ze planety swobodne istnieją i mają rzeczywiście masy planetarne. Jest to więc nowa kategoria planet pozasłonecznych – wskazuje polski astronom.
W 2026 roku w kosmos ma polecieć satelitarna misja Roman. Za jedno z głównych zadań NASA stawia jej detekcję i badania planet swobodnych. Również Chińczycy przygotowują analogiczny projekt, misję Earth 2.0, w 2028 roku. Prawdopodobnie więc w najbliższych latach astronomowie odkryją dużo więcej obiektów tego rodzaju.
Zapytany skąd się biorą planety swobodne, prof. Andrzej Udalski tłumaczy, iż typowe planety swobodne to efekt oddziaływań grawitacyjnych pomiędzy planetami podczas powstawania systemów planetarnych. Wówczas, w mocno niestabilnym jeszcze układzie planetarnym, planety migrują i może się zdarzyć, że na skutek bliskich spotkań i oddziaływań grawitacyjnych mogą być wyrzucane poza układ. Inna możliwość to bliskie spotkania układu planetarnego z innymi gwiazdami. W naszych rejonach Droga Mleczna jest dość pusta, ale bliżej centrum takie spotkania zachodzą częściej. Wtedy ponownie oddziaływania grawitacyjne między układem planetarnym i sąsiednią gwiazdą mogą zakończyć się wyrwaniem planety z układu.
Temat planet swobodnych ciekawi nie tylko astronomów. W ostatnich latach pojawiły się utwory science-fiction, wybierające te klasę obiektów jako scenerię dla akcji prezentowanej w książkach i filmach. Profesor Andrzej Udalski wskazuje najnowszy przykład, który przytoczono w chińskim komunikacie prasowym o odkryciu. Dotyczy on popularnego w Chinach serialu o tytule „The Wandering Earth” („Wędrująca Ziemia”). Serial jest oparty na historii opisanej w opowiadaniu o tym samym tytule, którego autorem jest Cixin Liu (znany przed wszystkim z powieści „Problem trzech ciał”). Fabuła opisuje, iż cywilizacja musi zbudować olbrzymi system rakietowy, aby wyrzucić Ziemię z jej orbity, w celu uniknięcia niechybnej zagłady.
Pierwszym autorem artykułu w „Science” jest Subo Dong. W gronie autorów jest wielu Polaków: Andrzej Udalski, Przemek Mróz, Krzysztof A. Rybicki, Łukasz Wyrzykowski, Radosław Poleski, Jan Skowron, Michał K. Szymański, Igor Soszyński, Paweł Pietrukowicz, Szymon Kozłowski, Dorota M. Skowron, Krzysztof Ulaczyk, Mariusz Gromadzki, Milena Ratajczak, Patryk Iwanek, Marcin Wrona, Mateusz J. Mróz.
Pokojowe korzystanie z zasobów Układu Słonecznego
Amerykański planetolog, Guy CONSOLMAGNO, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” twierdzi, że: „Odkryto już jakieś pół miliona asteroid, większość z nich krąży po orbitach między Marsem a Jowiszem. Większość z nich ma promień nieprzekraczający ok. 10 km. W oparciu o badania rozkładu wielkości asteroid można oszacować ogólną liczbę wszystkich asteroid, w tym tych, które są zbyt małe, aby mogły zostać odkryte, zazwyczaj o średnicy mniejszej niż 10 km. Oczywiste jest, że mniejsze ciała są liczniejsze, a najwięcej jest asteroid zbyt małych, aby mogły być łatwo wykryte z Ziemi”.
„Wniosek ten jest szczególnie istotny, kiedy badamy niewielki podzbiór tych asteroid, które wyróżniają się tym, że krążą po orbitach od pasa planetoid i przecinają orbitę Ziemi. Kilka tysięcy tych obiektów jest już znanych. Istnieje program badawczy, którego celem jest umożliwienie śledzenia orbit co najmniej 90 proc. tych obiektów. Ponieważ zbliżają się na niewielką odległość od naszej planety, wiele z nich, bliskich Ziemi (NEO – Near Earth Objects), o średnicy zaledwie kilkudziesięciu metrów, zostało zaobserwowanych za pomocą teleskopów, a nawet radarów. Już teraz znajdujemy mniej więcej jeden mały obiekt typu NEO na miesiąc, zbliżający się do Ziemi na odległość Księżyca. Szacujemy, że musi istnieć wiele tysięcy obiektów podobnych wielkością do tego, który eksplodował nad Czelabińskiem, ale które nie zostały jeszcze odkryte”.
„Jakie surowce warte eksploatacji znajdziemy w tych asteroidach? Możemy zgadywać, że skład asteroid odpowiada składowi meteorytów. Ok. 10 proc. masy zwykłego meteorytu stanowią metale, głównie żelazo i nikiel, ale są tam również znaczne ilości cenniejszych metali, takich jak złoto, platyna, miedź, srebro czy cynk. Jeśli założymy, że w przeciętnej asteroidzie te metale występują w takich proporcjach jak w meteorytach, i sprawdzimy rynkową wartość tych metali, to możemy obliczyć wartość całej asteroidy”.
„Wyniki są oszałamiające. Nawet w przypadku asteroidy o średnicy zaledwie jednego kilometra samo żelazo stanowi 100 milionów ton materiału. Biorąc pod uwagę wartość tony tego surowca, można zauważyć, że jest ona warta dziesiątki miliardów dolarów. Żelazo stanowi tylko część asteroidy; metalowi temu towarzyszą również znacznie rzadsze metale, takie jak platyna i złoto. Można by oczekiwać, że taka asteroida byłaby dodatkowo źródłem metali o wartości ponad 20 miliardów dolarów”.
„Jednak rzut oka na tę kalkulację uświadamia, że jest ona dosyć naiwna. Oczywiście nie odzwierciedla ona w najmniejszym stopniu, jak pojawienie się nowego, tak obfitego źródła wpłynęłoby na rynki tych surowców. Trzeba też uwzględnić, jak kosztowne byłyby faktyczne dotarcie do takiej asteroidy, jej eksploatacja i powrót z urobkiem na Ziemię” – pisze Guy CONSOLMAGNO w tekście „Pokojowe korzystanie z zasobów Układu Słonecznego” – cały artykuł [LINK]
Krzysztof Czart/PAP/eg
