Marcin Wyrwał: 1 stycznia w prestiżowym tygodniku naukowym „Science” ukazał się artykuł, którego jest pan jednym z głównych autorów. Artykuł informuje o odkryciu nowego typu planet przez międzynarodowy zespół. Kluczową rolę w nim odgrywali naukowcy z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego. Jakiej skali jest to odkrycie w światowej astronomii?
Dr Przemysław Mróz: Rzeczywiście jest to duża rzecz i nazywamy ją odkryciem dekady, ponieważ z takimi wydarzeniami w nauce mamy do czynienia niezwykle rzadko. Chodzi tu o odkrycie nowego typu ciał niebieskich. Takimi osiągnięciami były na przykład odkrycia pierwszych planet pozasłonecznych czy pulsarów. My po raz pierwszy dowiedliśmy istnienia nowej klasy planet pozasłonecznych — planet swobodnych.
Czym takie planety różnią się od dotychczas znanych planet, choćby od Ziemi?
Są to planety, które nie krążą wokół żadnej gwiazdy, tak jak to się dzieje właśnie w naszym Układzie Słonecznym, lecz podróżują samotnie w przestrzeni kosmicznej.
Koncepcja swobodnych planet nie jest nowa. Pisali o nich wielcy autorzy science fiction, jak Stanisław Lem, bracia Strugaccy czy Poul Anderson.
Oczywiście, takie obiekty istnieją w wyobraźni twórców science fiction. Jednym z najpopularniejszych w historii chińskiej kinematografii jest film „Wędrująca Ziemia” z 2019 r., który opowiada właśnie o takiej samotnej planecie.
Ale naukowcy także rozważali występowanie tego typu planet. Od końca lat 90. tworzyli symulacje komputerowe opisujące formowanie się układów planetarnych, które wskazywały, że planety mogą być z nich wyrzucane. W szczególności pewne własności Układu Słonecznego sugerują, że istniała w nim co najmniej jedna dodatkowa planeta, która została wyrzucona poza obszar oddziaływania Słońca. Ale co innego przewidywać teoretycznie, że takie obiekty mogą istnieć, a co innego — to udowodnić.
Od 2017 r. odkrywaliśmy pewne kandydatki na planety swobodne. Jednak nie mogliśmy zmierzyć ich masy, a masa jest tym parametrem, który decyduje, czy dany obiekt zaklasyfikujemy jako planetę, czy jako gwiazdę, czy jako brązowego karła, czyli coś pomiędzy.
Musieliście więc ją „zważyć”. W jaki sposób to zrobiliście?
Za pomocą tzw. mikrosoczewkowania grawitacyjnego w ramach naszego projektu OGLE [Optical Gravitational Lensing Experiment], czyli takiej techniki, w której jesteśmy światowymi ekspertami. Co ciekawe, mikrosoczewkowanie grawitacyjne zostało przewidziane na początku ubiegłego wieku przez Alberta Einsteina w ramach jego ogólnej teorii względności. Jednak dopiero my przełożyliśmy jego teorię na realne działanie.
J. Skowron / © J. Skowron / OGLE
Wizja artystyczna zjawiska mikrosoczewkowania grawitacyjnego KMT-2024-BLG-0792/OGLE-2024-BLG-0516, obserwowanego równocześnie z obserwatoriów ziemskich i z satelity Gaia.
Jak to działa?
Mikrosoczewkowanie grawitacyjne zachodzi w wyniku zakrzywienia i skupienia promieni świetlnych przez grawitację masywnych obiektów. Gdy w trakcie obserwacji przez teleskop jakiś masywny obiekt przechodzi dokładnie na linii pomiędzy Ziemią a jakąś dalszą gwiazdą, to jego grawitacja działa jak ogromna soczewka, która skupia światło tej gwiazdy i powoduje jej chwilowe pojaśnienie. Mikrosoczewkowanie nie zależy od jasności obiektu-soczewki, pozwala nam więc na odkrywanie obiektów ciemnych, które wymykają się tradycyjnym metodom obserwacyjnym.
W ten sposób udało nam się odkryć pierwsze kandydatki na planety swobodne. W tym konkretnym przypadku kluczowe było to, że jednocześnie prowadziliśmy obserwacje z powierzchni Ziemi, w tym ze stacji obserwacyjnej naszego uniwersytetu w Las Campanas na pustyni Atacama w Chile, oraz z sondy kosmicznej Gaia odległej od Ziemi o 1,5 mln km. Dzięki temu, że obserwowaliśmy to zjawisko z dwóch różnych perspektyw, byliśmy w stanie określić, gdzie dokładnie znajduje się planeta i jaką ma masę.
Krzysztof Ulaczyk / Krzysztof Ulaczyk
Obserwatorium Las Campanas w Chile.
Skąd wiedzieliście, że nie jest to jedna z planet tradycyjnych układów planetarnych?
Ponieważ zaobserwowaliśmy tylko jedno krótkotrwałe pojaśnienie badanej gwiazdy. Gdyby w pobliżu naszej planety znajdowała się gwiazda, to zobaczylibyśmy drugie, dłuższe pojaśnienie wywołane jej obecnością. Nasze obserwacje wykluczają obecność takiej gwiazdy w odległości około 20-30 jednostek astronomicznych od planety, a jedna jednostka astronomiczna to średnia odległość między Ziemią a Słońcem.
Ta nowa planeta nosi nazwę KMT-2024-BLG-0792/OGLE-2024-BLG-0516. Co o niej wiadomo?
Jest to planeta nieco mniejsza od Saturna. Jej masa jest 70 razy większa od Ziemi. Prawdopodobnie jest to więc planeta lodowo-gazowa. Znajduje się ok. 10 tys. lat świetlnych od Ziemi. W skali kosmicznej jest to stosunkowo niedaleko, ale dla nas jest to ogromna odległość.
Czy będzie Nobel?
Czy oprócz wartości poznawczych wasze odkrycie ma jakiś aspekt czysto praktyczny?
Astronomia jest nauką czysto podstawową. Niemniej jednak badania astronomiczne, inspirowane takimi odkryciami, mogą oddziaływać na rozwój lokalnego przemysłu, w tym przypadku na przykład może być to produkcja specjalistycznych teleskopów i detektorów.
Przypomnę, że kluczowe w naszym odkryciu były jednoczesne obserwacje z Ziemi i oddalonej sondy kosmicznej. Polskie firmy już produkują teleskopy kosmiczne, zwykle na użytek obserwacji Ziemi, na przykład dla wojska. Jednak nic nie stoi na przeszkodzie, aby taki teleskop odwrócić, żeby zamiast na Ziemię patrzył w niebo i poszukiwał nowych obiektów. Możemy mieć zatem teleskopy podwójnego zastosowania.
Inwestycje w polskie misje naukowe ogromnie przyspieszyłyby rozwój firm naszego sektora kosmicznego.
Wracając do wagi waszego odkrycia, kiedy w 1995 r. szwajcarscy astronomowie Michel Mayor i Didier Queloz odkryli pierwszą planetę pozasłoneczną przy gwieździe podobnej do Słońca, otrzymali za to Nagrodę Nobla. Skala waszego odkrycia jest podobna. Czy możemy więc spodziewać się tej nagrody dla polskich astronomów?
Konkurencja do Nagrody Nobla jest bardzo duża. Astronomowie z projektu OGLE otrzymali już wiele prestiżowych międzynarodowych nagród, nie jest wykluczone, że to odkrycie zostanie w podobny sposób uhonorowane, ale nie wiem, czy będzie to aż Nagroda Nobla. Inna sprawa, że na taką nagrodę czeka się zwykle dziesiątki lat po odkryciu.
Mayor i Queloz czekali na swoją 24 lata.
To i tak szybko, bo nierzadko na Nagrodę Nobla trzeba czekać nawet 30 lub 40 lat.
Łeb w łeb z Harvardem
Ilu naukowców liczy Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego?
To około 20 osób.
A ilu naukowców liczą najmocniejsze wydziały astronomii na świecie, jak Harvard czy Caltech?
To są setki osób.
A jednak w wielu dziedzinach konkurujecie z nimi jak równy z równym, a w niektórych nawet ich przewyższacie.
Mogę nieskromnie powiedzieć, że jeśli chodzi o mikrosoczewkowanie grawitacyjne i jego zastosowania, w tym poszukiwanie i badanie planet pozasłonecznych, planet swobodnych, czarnych dziur, a także badania gwiazd zmiennych czy źródeł fal grawitacyjnych, to należymy do światowej czołówki. Jest to potwierdzone naszymi licznymi publikacjami w najbardziej prestiżowych czasopismach naukowych jak „Nature” czy „Science”.
Jak to możliwe, skoro tam pracują setki naukowców z budżetami liczonymi w milionach dolarów, a budżet naszego obserwatorium ledwie się spina, jeśli w ogóle?
W tym roku budżet na nasze Obserwatorium był jednym z najniższych w ostatnich kilkunastu latach. To nie jest oczywiście tylko problem Obserwatorium, ale ogólnie rzecz biorąc niskich wydatków na naukę w Polsce, dlatego w wielu dziedzinach jest nam bardzo trudno konkurować z Europą Zachodnią czy Stanami Zjednoczonymi lub jest to wręcz niemożliwe.
Nam póki co udaje się zachować ten bardzo wysoki poziom, ponieważ mamy bardzo dobry pomysł naukowy, czyli projekt mikrosoczewkowania grawitacyjnego OGLE, dzięki któremu od ponad 30 lat prowadzimy systematyczne obserwacje niemal dwóch miliardów gwiazd i dokonujemy wielu przełomowych odkryć.
Odkrywcy bez finansowania
Do niskich budżetów na naukę jesteśmy przyzwyczajeni. Jednak wasz wyjątkowy w skali światowej projekt OGLE opiera się na ministerialnych grantach. Jak to się dzieje, że niemal w tym samym czasie, kiedy zespół OGLE osiąga przełomowy sukces naukowy, Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego nie przyznaje grantu na utrzymanie infrastruktury tego zespołu?
Trudno mi to wytłumaczyć. Zwykle takie finansowanie jest przyznawane w ramach konkursu na utrzymanie aparatury naukowo-badawczej (tzw. SPUB) na trzy lata, i tak właśnie wnioskowaliśmy. Początkowo ministerstwo w ogóle odmówiło finansowania, a po naszym odwołaniu przyznało nam je, ale tylko na rok. Mimo że od dekad osiągamy wyniki na światowym poziomie, musimy funkcjonować w niestabilnej sytuacji finansowej, co jest mocno frustrujące, i koncentrować się na zajmującym cenny czas pisaniu odwołań. Zobaczymy, co będzie w tym roku, bo z konieczności ponownie aplikowaliśmy o nasze dalsze istnienie.
Do pełnego zestawu waszych problemów należy dodać jedyne w Polsce obserwatorium astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego w Ostrowiku, które jak słyszę, także jest na granicy przetrwania?
Obserwatorium w Ostrowiku jest niezwykle ważne dla naszego funkcjonowania. Mamy dwie stacje obserwacyjne. Jedna znajduje się w Obserwatorium Las Campanas w Chile, w miejscu, w którym panują jedne z najlepszych na świecie warunków do prowadzenia obserwacji nieba z uwagi na pogodę, stabilną atmosferę oraz duże zaciemnienie tego obszaru.
Jednak aby najlepsi studenci mieli możliwość wyjazdu do Chile, najpierw muszą wyszkolić się w Ostrowiku, który znajduje się 40 km od Warszawy. W samym obserwatorium też są prowadzone badania naukowe. Obserwatorium faktycznie jest w kiepskiej sytuacji finansowej, a dodatkowo mieliśmy tam w ostatnich latach także przygody innego typu.
Maciej Mucha / Maciej Mucha
Obserwatorium w Ostrowiku.
Na granicy przetrwania
Jakie to przygody?
Aby prowadzić skuteczne obserwacje ciemnego nieba, teleskop musi być położony w rejonie dużego zaciemnienia, z dala od sztucznych źródeł światła. Tymczasem kiedy Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych budowała szosę S17 z Warszawy do Lublina, to w pierwszej wersji projektu jeden z węzłów drogowych, wraz z pełnym oświetleniem, miał się znaleźć nad naszym teleskopem. Na szczęście po naszych interwencjach ten węzeł udało się przenieść nieco dalej.
Od lat obserwatorium jest także obudowywane infrastrukturą miejską. Są wyliczenia, że jeśli deweloperzy postawią w tej okolicy jeszcze sześć domów, to istnienie tego obserwatorium straci sens ze względu na nadmierne zanieczyszczenie świetlne.
Tu się ścierają dwie racje, naukowców i deweloperów. Jednak rzeczywiście może się zdarzyć, że z powodu rozwoju mieszkalnictwa i przemysłu na tym terenie, już niedługo nie będziemy mogli prowadzić żadnych istotnie naukowo obserwacji w Ostrowiku. Właśnie ze względu na zanieczyszczenie światłem.
Czy ta sytuacja nie pociągnie za sobą pewnego przyczynowo-skutkowego łańcucha, który doprowadzi do degradacji naszej infrastruktury naukowej, a następnie samych naukowców?
Zamknięcie obserwatorium w Ostrowiku na pewno poskutkuje tym, że nasi studenci nie będą mieli praktycznego doświadczenia w prowadzeniu obserwacji astronomicznych. Co z kolei może się przełożyć na to, że będzie nam trudniej znaleźć dobrych obserwatorów do Chile.
Monika Sitek / Monika Sitek
Studenci podczas pracy w obserwatorium w Ostrowiku.
Setki planet w planach
Kiedy tego słucham, to odnoszę wrażenie, że nasi naukowcy funkcjonują nie przy wsparciu państwowych instytucji, jak choćby wspomnianego Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, ale wbrew nim. Jeśli jednak uda wam się przewalczyć przetrwanie tak ważnego ośrodka naukowego, jakim jest Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, to jakie są dalsze plany, choćby w odniesieniu do odkrytych właśnie planet swobodnych?
Na razie mamy tylko jedną taką potwierdzoną planetę, więc oczywiście chcielibyśmy odkryć ich więcej, stworzyć ich próbkę statystyczną. Wtedy będziemy mogli się zorientować, jakie mają globalne własności, m.in. masy, odległości czy prędkości. Wtedy dowiemy się więcej na temat mechanizmów powstawania takich planet, a także przyczyn ich wyrzucenia z własnych układów planetarnych.
Tymi samymi środkami?
Jest nadzieja, że znacznie je rozszerzymy. W najbliższej przyszłości ruszają dwie wielkie misje kosmiczne i w obie zaangażowani są naukowcy z naszego Obserwatorium. We wrześniu NASA planuje wystrzelić jeden ze swoich flagowych teleskopów, Teleskop Kosmiczny im. Nancy Grace Roman, którego średnica zwierciadła będzie wielkości słynnego teleskopu Hubble’a, czyli nieco ponad dwa metry, natomiast jego pole widzenia będzie 100 razy większe od tamtego teleskopu. To znaczy, że jedno zdjęcie da nam tyle informacji, ile uzyskiwaliśmy ze 100 zdjęć teleskopu Hubble’a.
Jednym z eksperymentów, które ma wykonać ten amerykański teleskop, będą obserwacje zjawisk mikrosoczewkowania w kierunku centrum naszej Galaktyki. Przewidujemy, że w ten sposób uda nam się odkryć nawet kilkaset zjawisk mikrosoczewkowania spowodowanych przez planety swobodne.
Materiały prasowe NASA / Materiały prasowe NASA
Teleskop Nancy Grace Roman.
Uczestniczę też w projekcie chińskim, Earth 2.0, który jest planowany na 2028 r. Tam zostanie wystrzelony nieco mniejszy, 35-centymetrowy teleskop, który z odległości 1,5 mln km od Ziemi także umożliwi nam poszukiwanie planet swobodnych i mierzenie ich mas.
Czy w planach jest też poprawa sytuacji naszych astronomów z Uniwersytetu Warszawskiego?
Finansowanie nauki w Polsce pozostaje na bardzo niskim poziomie. Na razie nauka nie znajduje się wśród priorytetów naszego państwa.