Polowanie na planety swobodne
W 2017 roku astronomowie z projektu OGLE opublikowali wyniki poszukiwań tzw. planet swobodnych. Oparli je na kilkuletnich intensywnych obserwacjach około 50 mln gwiazd w kierunku centrum Drogi Mlecznej. Wśród nich odkryli kilka tysięcy zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego o rozmaitych skalach czasowych, sięgających od godzin do setek dni. Następnie odkryto pierwsze obiecujące kandydatki na planety swobodne. Jednak do bezpośredniego wyznaczenia masy planety potrzebna jest informacja o odległości soczewki od obserwatora, co w przypadku obserwacji z Ziemi jest możliwe tylko w wyjątkowych, niezmiernie rzadkich przypadkach.
Odkryte obiekty pozostały kandydatkami, ponieważ w zależności od ich nieznanej odległości, ich masy mogły być większe (nawet przekraczające masy obiektów uznawanych za planety) lub mniejsze. Obecnie znamy już kilkanaście takich kandydatek, najmniej masywna planeta może mieć masę Marsa. Jednak istnienie planet swobodnych, mimo wysokiego prawdopodobieństwa tego faktu, pozostawało nieudowodnione, gdyż nie udało się dotychczas zmierzyć bezpośrednio masy takiego obiektu i potwierdzić, że samotny obiekt jest faktycznie planetą, a nie jednym z masywniejszych obiektów, jak np. brązowe karły (często nazywane „nieudanymi gwiazdami”).
Zobacz wideo Jak pobyt w kosmosie wpływa na ludzkie ciało? Przed Sławoszem długa rehabilitacja
Przełomowe okazały się obserwacje z 3 maja 2024 r. Z pomocą teleskopów koreańskiej sieci KMTNet (w Australii, Południowej Afryce i Chile) oraz zlokalizowanego w Obserwatorium Las Campanas w Chile teleskopu projektu OGLE, zarejestrowano krótkotrwałe zjawisko mikrosoczewkowania grawitacyjnego, jasnej gwiazdy w centrum Galaktyki. Zgodnie z konwencją otrzymało ono oznaczenie KMT-2024-BLG-0792/OGLE-2024-BLG-0516. Wkrótce po zakończeniu obserwacji zjawiska okazało się, ze kształt mikrosoczewkowych zmian jasności odpowiada przewidywanym zmianom, wywołanym przez soczewkującą planetę swobodną. Zjawisko to natychmiast dołączyło do grona obiecujących kandydatek na planety swobodne.
Astronomowie uświadomili sobie, że rejony nieba, w których zlokalizowano zjawisko mikrosoczewkowania, były w tym samym czasie obserwowane przez sztandarową misję kosmiczną Europejskiej Agencji Kosmicznej Gaia, która w latach 2014-2025 dokonywała regularnych obserwacji fotometrycznych 2 mld gwiazd z całego nieba. Satelita ten nie był jednak przystosowany do obserwacji zjawisk krótkotrwałych, ponieważ odwiedzał te same rejony nieba zwykle co 30 dni. Naukowcy zwrócili jednak uwagę, że obserwował akurat ten rejon nieba w trakcie zaledwie dwudniowego zjawiska. Ponadto na skutek wyjątkowo korzystnego ustawienia orbity w tym momencie zebrał aż sześć obserwacji fotometrycznych w ciągu 15 godzin, czyli w najważniejszych momentach największego wzmocnienia światła przez soczewkę (potencjalną planetę).
Satelita Gaia znajdował się w tym czasie w odległym o niemal 2 mln km od Ziemi tzw. punkcie L2 Lagrange’a, czyli odpowiednim miejscu do prowadzenia długotrwałych obserwacji astronomicznych z satelitów. Równoczesne obserwacje zjawiska mikrosoczewkowania KMT-2024-BLG-0792/OGLE-2024-BLG-0516 z Ziemi i satelity stworzyły więc unikatową szansę na pomiar odległości poprzez zmierzenie tzw. paralaksy mikrosoczewkowej. Idea tego pomiaru jest analogiczna do pomiarów triangulacyjnych na Ziemi czy pomiarów odległości do bliskich ciał niebieskich, gdy dzięki obserwacjom z dwóch różnych miejsc wyznacza się odległość. Dane fotometryczne z satelity Gaia zostały przesłane na Ziemię dopiero w lipcu 2024 roku i wówczas zjawisko zostało ogłoszone przez zespół Gaia jako alert Gaia24cdn.
Odkryto planetę swobodną
Analiza danych zaobserwowanego zjawiska mikrosoczewkowana, zebranych z powierzchni Ziemi przez teleskopy projektów KMTNet i OGLE oraz danych satelitarnych z satelity Gaia wykazała, że przebieg zjawiska z obu oddalonych o 2 mln km obserwatoriów był podobny. Jednak zjawisko zarejestrowane przez satelitę Gaia nastąpiło około dwie godziny później niż na Ziemi. Pozwoliło to na wyznaczenie precyzyjnej odległości do skupiającej światło odległej gwiazdy tła soczewki i parametrów zjawiska mikrosoczewkowania, co w konsekwencji umożliwiło bezpośredni precyzyjny pomiar jej masy.
Okazało się, że jest to masa planetarna, wynosząca 0,22 masy Jowisza lub 70 mas Ziemi, czyli jest nieco mniejsza niż masa Saturna z naszego Układu Słonecznego. Nie znaleziono też żadnych śladów obecności potencjalnej macierzystej gwiazdy w promieniu ponad 20 jednostek astronomicznych (odległości Ziemia-Słońce) wokół planety. „Z ogromnym prawdopodobieństwem można więc przyjąć, iż nowo odkryty obiekt jest niezwiązany z żadną gwiazdą – jest pierwszą precyzyjnie 'zważoną’ planetą swobodną” – czytamy w komunikacie Uniwersytetu Warszawskiego.
Wskazano, że odkrycie i bezpośrednie wyznaczenie masy planety swobodnej stanowi przełom w dziedzinie badania planet pozasłonecznych. Jest 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. „To 'odkrycie dekady’, porównywalne z odkryciem pierwszych udokumentowanych planet pozasłonecznych w latach 90. ubiegłego wieku” – ocenił prof. Andrzej Udalski, lider projektu OGLE i autor korespondencyjny pracy w tygodniku „Science”.
Odkrycie pierwszej planety swobodnej będzie impulsem do dalszych badań tej kategorii planet. Już w 2026 r. zostanie wystrzelona satelitarna misja NASA Roman, której jednym z głównych celów będzie detekcja i badanie planet swobodnych. Przewiduje się, że w trakcie tej misji zostaną odkryte i scharakteryzowane liczne obiekty tego typu, co pozwoli na precyzyjne poznanie ich własności.
Kolejną misją satelitarną jest przygotowywany przez astronomów chińskich satelita Earth 2.0, który zostanie wystrzelony w 2028 roku, a jego celem będzie również poszukiwanie planet swobodnych. Są więc duże szanse, że za kilka lat uda się dokładnie określić, jak liczna jest populacja samotnie krążących obiektów planetarnych w Drodze Mlecznej.