Planety swobodne naprawdę istnieją! Magazyn „Science” potwierdza „Odkrycie dekady”
Dzięki mikrosoczewkowaniu i danym z satelity Gaia naukowcy po raz pierwszy dokładnie zmierzyli masę planety swobodnej. Takie światy naprawdę istnieją!
Przez wiele lat planety swobodne pozostawały ciekawym, lecz nie w pełni potwierdzonym elementem teorii powstawania układów planetarnych. Modele numeryczne i symulacje dynamiki młodych systemów wskazywały, że część planet powinna zostać wyrzucona poza swoje macierzyste układy. Brakowało jednak jednoznacznych dowodów obserwacyjnych, które pozwoliłyby odróżnić takie obiekty od innych ciał o podobnych własnościach.
Jak donosi 1 stycznia 2026 roku magazyn Science, 3 maja 2024 roku teleskopy południowokoreańskiej sieci KMTNet oraz polski teleskop projektu OGLE w Chile odkryły zjawisko mikrosoczewkowania, które doprowadziło do odkrycia planety swobodnej. Początkowo obiekt został uznany jedynie za kandydata na planetę swobodną. Jednak później międzynarodowy zespół astronomów, w tym badacze z Polski, nie tylko potwierdził sygnał pochodzący od samotnego obiektu o masie planetarnej, lecz także bezpośrednio zmierzył jego masę. Wynik ten kończy wieloletnie starania o wykrycie planet swobodnych.
Znaczenie odkrycia podkreśla prof. Andrzej Udalski, astronom z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego i lider projektu OGLE (źródło: naukawpolsce.pl):
– 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.
Kosmos: Człowiek daleko nie doleci, wyślemy tam roboty
Czym są planety swobodne?
Planety swobodne to obiekty o masie planetarnej, które nie są grawitacyjnie związane z żadną gwiazdą. Oznacza to, że nie poruszają się po stabilnych orbitach wokół centralnego źródła światła, jak ma to miejsce w klasycznych układach planetarnych. W konsekwencji nie tworzą systemów podobnych ani do Układu Słonecznego, ani do znanych układów egzoplanetarnych, w których planeta pozostaje w długotrwałej relacji grawitacyjnej z gwiazdą macierzystą.
Brak gwiazdy ma bezpośrednie konsekwencje obserwacyjne. Planety swobodne nie emitują własnego światła, a po utracie energii dostarczanej wcześniej przez gwiazdę ich temperatura szybko spada. Z tego powodu nie mogą być wykrywane metodami standardowo stosowanymi w badaniach egzoplanet, takimi jak metoda tranzytów czy pomiary prędkości radialnych. W praktyce pozostają niemal całkowicie niewidoczne, chyba że ujawnią swoją obecność poprzez oddziaływanie grawitacyjne na światło odległej gwiazdy tła, na przykład w zjawisku mikrosoczewkowania grawitacyjnego.
Hipoteza istnienia planet swobodnych wynika bezpośrednio z dynamiki młodych układów planetarnych. W początkowych fazach ich formowania planety nie poruszają się jeszcze po ustabilizowanych orbitach. Migrują w obrębie dysku protoplanetarnego, wchodzą w rezonanse orbitalne i oddziałują ze sobą grawitacyjnie. Takie środowisko sprzyja niestabilnościom dynamicznym, które mogą prowadzić do gwałtownych zmian parametrów orbitalnych poszczególnych planet.
Dlaczego ludzie nie wierzą w ISS i lądowanie na Księżycu? Teorie spiskowe mają się dobrze
Planety na własny rachunek
Jednym z możliwych rezultatów tych procesów jest wyrzucenie planety poza macierzysty układ planetarny. Dochodzi do tego w wyniku bliskich spotkań z innymi planetami, podczas których obiekt otrzymuje dodatkową energię kinetyczną. Jeżeli energia ta przekroczy wartość odpowiadającą prędkości ucieczki z układu, planeta traci grawitacyjne związanie z gwiazdą i zaczyna samodzielną wędrówkę przez przestrzeń międzygwiazdową.
Alternatywnym, równie istotnym mechanizmem są bliskie przejścia innych gwiazd, które mogą bezpośrednio zaburzyć strukturę układu planetarnego. Pole grawitacyjne przechodzącej gwiazdy działa wówczas jako silne, zewnętrzne zaburzenie, zmieniając energie orbitalne planet krążących wokół gwiazdy macierzystej. W sprzyjających warunkach prowadzi to do rozciągnięcia orbit i zwiększenia ich ekscentryczności, a w skrajnych, lecz fizycznie dobrze opisanych przypadkach do przekroczenia przez planetę prędkości ucieczki z układu.
Bezpośrednią i trwałą konsekwencją takiego zdarzenia jest wyrwanie planety z grawitacyjnego związku z macierzystą gwiazdą. Obiekt przestaje krążyć po orbicie, nie jest już elementem żadnego układu planetarnego i zaczyna niezależną wędrówkę przez przestrzeń międzygwiazdową. Od tego momentu spełnia ścisłą definicję planety swobodnej.
Tego rodzaju interakcje zachodzą znacznie częściej w gęstszych rejonach Drogi Mlecznej, zwłaszcza w pobliżu jej centrum oraz w młodych gromadach gwiazdowych. W takich środowiskach średnie odległości między gwiazdami są mniejsze, a bliskie przejścia występują wystarczająco często, by wyrwanie planet z układów planetarnych stanowiło istotny, a nie marginalny mechanizm ich ewolucji.
Kim Kardashian wątpi w lądowanie na Księżycu. NASA odpowiada: „Byliśmy tam sześć razy!”
Problemy obserwacyjne i klasyfikacyjne w badaniach planet swobodnych
Główną trudnością w badaniach planet swobodnych nie była sama detekcja sygnału, lecz jednoznaczne wyznaczenie masy obiektu. Bez tego parametru niemożliwe jest rozróżnienie planety od brązowego karła, czyli obiektu o masie pośredniej między planetami a gwiazdami.
Jak wyjaśnia prof. Andrzej Udalski, właśnie ten element przez lata blokował jednoznaczne wnioski (źródło: naukawpolsce.pl):
– Wyznaczenie bezpośrednim pomiarem masy planety jest ostatecznym dowodem, że mamy do czynienia z planetą, a nie obiektem cięższym, np. małomasywnym brązowym karłem.
Wcześniejsze detekcje miały charakter statystyczny. Astronomowie identyfikowali obiekty jako kandydatki na planety swobodne, lecz nie byli w stanie przypisać im jednoznacznej masy. W konsekwencji istniała istotna niepewność interpretacyjna.
Europa przyspiesza inwestycje w niezależną łączność satelitarną
Kosmiczna lupa – mikrosoczewkowanie grawitacyjne
Przełom umożliwiła technika mikrosoczewkowania grawitacyjnego. Zjawisko to zachodzi, gdy masywny obiekt przechodzi w pobliżu linii widzenia pomiędzy obserwatorem a odległą gwiazdą. Grawitacja soczewkującego ciała zakrzywia światło gwiazdy tła, powodując jego krótkotrwałe wzmocnienie.
Dla obiektów o masie planetarnej czas trwania takiego zjawiska jest bardzo krótki, często ograniczony do kilku lub kilkunastu godzin. Wymaga to gęstego monitoringu nieba oraz współpracy wielu teleskopów rozmieszczonych w różnych częściach świata.
Tak właśnie było w przypadku zdarzenia z 3 maja 2024 roku, zarejestrowanego jednocześnie przez teleskopy sieci KMTNet oraz polski teleskop projektu OGLE w Chile. Analiza krzywej jasności wskazywała, że soczewką jest obiekt o masie planetarnej, lecz kluczowe pytanie dotyczyło jego odległości.
Satelita też patrzy!
Ten sam fragment nieba obserwował satelita Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej, pracujący w punkcie L2 układu Ziemia–Słońce. Dzięki obserwacjom prowadzonym z dwóch odległych punktów możliwe było wyznaczenie paralaksy mikrosoczewkowej, a tym samym dokładnej odległości do obiektu soczewkującego.
Po połączeniu danych z Gaii i teleskopów naziemnych naukowcy określili masę obiektu na około 0,22 masy Jowisza, czyli około 70 mas Ziemi. Jest to wartość jednoznacznie planetarna, zbliżona do masy Saturna. Dodatkowo w promieniu około 20 jednostek astronomicznych nie wykryto żadnej gwiazdy, co praktycznie wyklucza scenariusz bardzo szerokiej orbity.
Jak podkreśla prof. Udalski, wcześniejsze obserwacje nie dawały takiej pewności (źródło: naukawpolsce.pl):
– Dzięki obserwacjom mikrosoczewkowym udało się znaleźć kilkanaście dobrych kandydatek na planety swobodne. Niestety we wszystkich tych przypadkach masa tych obiektów była tylko oszacowana statystycznie.
Dalsze badania
Bezpośredni pomiar masy planety swobodnej ma istotne konsekwencje dla badań egzoplanet. Po pierwsze, potwierdza istnienie licznej populacji obiektów, które dotąd pozostawały na granicy obserwowalności. Po drugie, otwiera drogę do badań statystycznych, pozwalających oszacować, jak powszechne są planety swobodne w Drodze Mlecznej.
W najbliższych latach kluczową rolę odegrają planowane misje kosmiczne, w tym Nancy Grace Roman Space Telescope, którego jednym z głównych zadań będzie systematyczne wykrywanie zjawisk mikrosoczewkowania. Podobne cele deklarują również chińskie projekty obserwacyjne.
Odkrycie opisane przez zespół z udziałem polskich astronomów nie kończy więc badań, lecz je rozpoczyna. Po raz pierwszy astronomowie dysponują jednoznacznym dowodem obserwacyjnym, że planety swobodne istnieją i mają rzeczywiste masy planetarne. To istotny krok w kierunku pełniejszego zrozumienia procesów formowania i ewolucji układów planetarnych w Galaktyce.
Źródło: Science, naukawpolsce.pl
Jak wziąć 16 dni urlopu i mieć 46 dni wolnego w 2026 roku?
Czytaj więcej
