Soczewkowanie grawitacyjne. Polskie obserwacje planet swobodnych

Nie wszystkie układy planetarne są tak stabilne jak Układ Słoneczny. Planety w młodych układach mogą się ze sobą zderzać lub spadać na gwiazdę. Ale mogą też - i tak dzieje się całkiem często - odrywać się od macierzystego układu. To jeden ze sposobów, w jaki powstają planety swobodne.

Problemem jest to, jak obserwować takie planety - przecież z wyjątkiem bardzo młodych obiektów, planet swobodnych nie można zaobserwować bezpośrednio - nie emitują światła. Do ich poszukiwania astronomowie wykorzystują metodę soczewkowania grawitacyjnego.

Swoje odkrycie opisują w najnowszym numerze prestiżowego tygodnika Nature.

"Mikrosoczewkowanie to unikalna metoda polegająca na znajdowaniu charakterystycznych pojaśnień gwiazd" - mówi w rozmowie z PAP prof. Andrzej Udalski z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego. Jest on kierownikiem projektu OGLE, w ramach którego wykonane były badania.

Pierwszy autor publikacji, Przemek Mróz, doktorant z OA UW dopowiada: "Kiedy między obserwatorem na Ziemi a odległą gwiazdą (...) przechodzi planeta swobodna, jej grawitacja potrafi ugiąć światło gwiazdy i obserwujemy krótkie wzmocnienie jasności".

Czas trwania zjawiska mikrosoczewkowania zależy od masy soczewki – im mniejsza masa, tym krótsze zjawisko. O ile typowe pojaśnienia mikrosoczewkowe wywołane przez gwiazdy trwają od kilku do kilkuset dni, to zjawiska wywołane przez planety o masie Jowisza trwają typowo 1–2 dni, a przez planety ziemskie – zaledwie kilka godzin.

Polscy badacze w ramach projektu OGLE zweryfikowali, ile jest planet swobodnych o masie Jowisza. "Na każde sto gwiazd przypada mniej niż 25 swobodnych Jowiszów". Tymczasem wcześniejsze badania - japońsko-nowozelandzkiego zespołu MOA - przewidywały, że takich ciał będzie 8 razy więcej.

"Drugim bardzo ważnym wynikiem naszej pracy jest odkrycie (...) zjawisk mikrosoczewkowania, które trwają zaledwie po kilka godzin. Takie zjawiska powinny być wywołane przez planetki o masie Ziemi" - opisuje Przemek Mróz. Jak podaje, z szacunków zespołu OGLE wynika, że na każdą gwiazdę powinno przypadać od jednej do pięciu planet swobodnych podobnych do Ziemi.

Nowe obserwacje zjawisk mikrosoczewkowania przeprowadzono w ramach projektu OGLE w latach 2010–15. Użyto teleskopu o średnicy 1,3 m, znajdującego się w Obserwatorium Las Campanas w Chile – miejscu o najlepszych na świecie warunkach do prowadzenia obserwacji astronomicznych.

Przeanalizowaliśmy krzywe blasku prawie 50 milionów gwiazd obserwowanych przez sześć lat. Łącznie to prawie 400 miliardów pojedynczych pomiarów jasności.

Dzięki zamontowaniu nowych detektorów światła w 2010 roku zwiększyły się znacznie możliwości obserwacyjne polskiego teleskopu: duży obszar nieba mógł być fotografowany co 20 minut. Tak częste obserwacje pozwalają na wykrywanie krótkotrwałych zjawisk mikrosoczewkowania wywołanych przez swobodne planety – ziemskie i jowiszowe.

"Nie możemy jednak wykluczyć, że część z tych ultrakrótkich zjawisk jest wywołana przez nieznane gwiazdy rozbłyskowe albo inne astrofizyczne źródła" – zauważa dr Jan Skowron, współautor publikacji w "Nature".

Odkrycie nie byłoby możliwe bez wieloletnich obserwacji prowadzonych w ramach przeglądu nieba OGLE. Projekt OGLE, który jest jednym z największych współczesnych przeglądów nieba, w tym roku obchodzi 25. rocznicę powstania. Jednym z pierwszych celów naukowych przeglądu OGLE było odkrycie i badanie zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego. Obecnie prowadzone badania dotyczą bardzo wielu dziedzin współczesnej astrofizyki – poszukiwania planet pozasłonecznych, badania struktury i ewolucji Drogi Mlecznej i sąsiednich galaktyk, gwiazd zmiennych, kwazarów, zjawisk przejściowych (gwiazd nowych, supernowych).

Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl