Odkrycie dużej grupy planet swobodnych. Dzięki łączonym zdolnościom wielu teleskopów

Planety swobodne, ukryte poza zasięgiem grawitacyjnym jakiejkolwiek gwiazdy, która mogłaby je przyciągać i oświetlać, nie byłyby możliwe do namierzenia w zwykłych warunkach. Núria Miret-Roig, astronom pracująca w Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux (Francja) i na University of Vienna (Austria), główna autorka nowych badań opublikowanych wNature Astronomy, wraz ze swoim zespołem wykorzystała fakt, że kilka milionów lat po powstaniu, planety te nadal są wystarczająco gorące, aby emitować spektrum światła, czyniąc możliwym bezpośrednie ich wykrycie czułymi kamerami na wielkich teleskopach. Naukowcy odkryli w ten sposób ostatnio co najmniej 70 nowych planet swobodnych o masach porównywalnych do Jowisza, w obszarze gwiazdotwórczym niedaleko Słońca (Upper Scorpius oraz Ophiuchus w gwiazdozbiorach Skorpiona i Wężownika).

Jak wskazuje zespół Miret-Roig, dokładna liczba planet swobodnych znalezionych przez zespół jest trudna do określenia, ponieważ obserwacje nie pozwalają badaczom na zmierzenie masy analizowanych obiektów. Obiekty o masach wyższych niż 13 mas Jowisza prawdopodobnie nie są planetami, więc nie można ich uwzględnić w tej liczbie. Ze względu na to, że zespół nie znał wartości mas, musiał oprzeć się na badania jasności planet, aby ustalić górny limit liczby zaobserwowanych planet swobodnych. Jasność jest związana z wiekiem samych planet - im starsza planeta, tym dłużej się ochładzała, redukując tym samym swoją jasność. Jeśli zbadany rejon jest stary, wtedy najjaśniejsze obiekty w próbce mają prawdopodobnie ponad 13 mas Jowisza, a poniżej jeśli rejon jest młody. Biorąc pod uwagę niepewność oszacowania wieku badanego rejonu, metoda ta daje liczbę planet swobodnych od 70 do 170.

Aby dostrzec tak wiele planet swobodnych, zespół badawczy użył danych pozyskiwanych na przestrzeni około 20 lat z licznych teleskopów naziemnych i kosmicznych. „Mierzyliśmy niewielkie ruchy, kolory i jasności dziesiątek milionów źródeł na dużym obszarze nieba" - podkreśliła Miret-Roig. „Pomiary te pozwoliły nam na dobrą identyfikację najsłabszych obiektów w tym obszarze - planet swobodnych" - dodała.

Badacze użyli obserwacji z teleskopów ESO: Bardzo Dużego Teleskopu (VLT), Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy (VISTA), VLT Survey Telescope (VST) oraz 2,2-metrowego teleskopu MPG/ESO znajdujących się w Chile, a także innych teleskopów. „Znaczna większość naszych danych pochodzi z obserwatoriów ESO, które były absolutnie krytyczne dla tych badań. Ich duże pole widzenia i unikatowa czułość były kluczami do suckesu" - wskazał Hervé Bouy, astronom z Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux we Francji, kierujący nowymi badaniami. „Użyliśmy dziesiątek tysięcy zdjęć szerokiego pola z teleskopow ESO, odpowiadających setkom godzin czasu obserwacyjnego i dosłownie dziesiątek terabajtów danych" - podsumował.

Zespół wykorzystał także dane z teleskopu kosmicznego Gaia (należącego do Europejskiej Agencji Kosmicznej), pokazując zdolności współpracy teleskopów naziemnych i kosmicznych w badaniach Wszechświata.

Wyniki badań sugerują, że może istnieć o wiele więcej tych nieuchwytnych, bezgwiezdnych planet niż odkryto do tej pory. „Może być kilka miliardów tego typu olbrzymich planet swobodnie poruszających w Drodze Mlecznej bez swoich gwiazd macierzystych" - zauważył Bouy.

Badając nowo odnalezione planety swobodne, astronomowie mogą znaleźć wskazówki na temat powstawania tych zagadkowych obiektów. Niektórzy naukowcy sądzą, że planety swobodne mogą formować się z kolapsu gazowego obłoku, który jest zbyt mały, aby doprowadzić do powstania gwiazd. Inna hipoteza zakłada, że obiekty takie mogą mieć pochodzenie wtórne - na skutek "wyrzucenia" obiektów z macierzystych systemów. Kwestia, który z tych mechanizmów jest bardziej prawdopodobny pozostaje nieznana.

Dalszy rozwój w technologii będzie kluczowy dla wyjaśnienia zagadki "planetarnych nomadów". Zespół naukowy ma nadzieję na kontynuowanie badań w jeszcze dokładniejszych szczegółach, gdy dostępny stanie się Ekstremalnie Wielki Teleskop (ELT), budowany obecnie przez ESO na chilijskiej pustynia Atakama. Ma on zacząć obserwacje za kilka lat. „Obiekty te są ekstremalnie słabe i niewiele da się zrobić przy pomocy aktualnie dostępnych przyrządów" - stwierdził Bouy. „ELT będzie absolutnie kluczowy w zbieraniu informacji na temat planet swobodnych, które odkryliśmy" - zapewnił dalej.

W badaniach planet swobodnych znaczący dorobek zebrali już wcześniej polscy naukowcy, m.in. z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego. Kilka lat temu badania prowadzone przez specjalistów z zespołu OGLE działającego przy OA UW po raz pierwszy dostarczyły dowodów na istnienie takich planet w Drodze Mlecznej. W ubiegłym roku natomiast członkowie zespołu OGLE ogłosili odkrycie najmniejszej znanej do tej pory planety swobodnej.

Źródło: ESO