Polacy znów na ustach świata nauki. Przełomowe odkrycie „samotnej planety” potwierdzone na łamach „Science”

Informację o sukcesie polskich astronomów nagłośnił popularyzator nauki, Karol Wójcicki, nie kryjąc przy tym ogromnego entuzjazmu.

– Powiedzieć SENSACJA, to za mało! Polscy astronomowie dokonali jednego z najbardziej przełomowych odkryć astronomicznych ostatnich dziesięcioleci! – komentuje Wójcicki.

Polowanie na "grawitacyjny cień"

Choć planety krążące wokół innych gwiazd (egzoplanety) znamy od ponad 30 lat – w czym również ogromny udział miał prof. Aleksander Wolszczan – to istnienie planet "samotnych" było do tej pory sferą domysłów i niepełnych dowodów. Astronomowie podejrzewali, że przestrzeń międzygwiezdną mogą przemierzać miliardy globów wyrzuconych z macierzystych układów, jednak ich wykrycie graniczy z cudem. Są ciemne i nie krążą wokół żadnego słońca, które by je oświetlało.

Tu z pomocą przychodzi program OGLE pod kierownictwem prof. Andrzeja Udalskiego. Polacy od lat monitorują miliony gwiazd, szukając zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego.

– Gdy masywny obiekt (w tym przypadku planeta) przechodzi idealnie na tle odległej gwiazdy, jego grawitacja działa jak soczewka i na chwilę wzmacnia światło tej gwiazdy. Efekt trwa krótko [...] ale niesie ogrom informacji – wyjaśnia mechanizm odkrycia Karol Wójcicki w poście na grupie fanowskiej "Z głową w gwiazdach", jego stronie poświęconej obserwacjom astronomicznym.

Kosmiczny zbieg okoliczności

- Istnienie populacji swobodnie poruszających się planet jest znane z przeglądów grawitacyjnego mikrosoczewkowania. Dotąd żadna z nich nie miała bezpośrednio zmierzonej masy ze względu na degenerację z odległością, jednak statystyki populacyjne wskazują, że wiele z tych obiektów ma masę mniejszą niż Jowisz - wskazują autorzy artykułu na łamach Science.

Obserwując soczewkowanie, naukowcy nie mieli pewności, czy patrzą na swobodną planetę, czy może na brązowego karła. Przełom nastąpił dzięki niezwykłemu zbiegowi okoliczności z 3 maja 2024 roku.

Wówczas teleskopy naziemne (OGLE i KMTNet) zarejestrowały zjawisko mikrosoczewkowania. Kluczowe okazało się jednak to, że ten sam wycinek nieba obserwowała w tym samym czasie sonda kosmiczna Gaia, znajdująca się 2 miliony kilometrów od Ziemi.

Jak czytamy w opublikowanym w „Science” artykule, dzięki obserwacji z dwóch tak odległych perspektyw (Ziemia i satelita Gaia), udało się zmierzyć tzw. paralaksę mikrosoczewkową. To pozwoliło na precyzyjne wyliczenie odległości i masy obiektu, eliminując wszelkie wątpliwości.

Co wiemy o nowo odkrytym świecie?

Z danych opublikowanych w artykule naukowym ("An Earth-mass rogue planet candidate detected in the shortest-timescale microlensing event") oraz przytoczonych przez Wójcickiego wynika, że:

• Masa obiektu: Wynosi około 70 mas Ziemi (ok. 0,22 masy Jowisza). Jest to więc obiekt mniejszy od Saturna.
• Status: Planeta jest samotna – w jej pobliżu nie wykryto żadnej gwiazdy.
• Charakterystyka: Pomiary wykluczyły, by był to brązowy karzeł. Mamy do czynienia z pełnoprawną planetą swobodną.

– Co więcej: udało się ustalić jej masę, a to był dokładnie ten element, którego przez lata brakowało, by powiedzieć z pełnym przekonaniem, że te obiekty rzeczywiście są planetami! – podkreśla Wójcicki.

Na łamach Science zespół naukowców przedstawił zjawisko mikrosoczewkowania — KMT-2024-BLG-0792/OGLE-2024-BLG-0516 — obserwowane zarówno przez teleskopy naziemne, jak i kosmiczne, które pozwala przełamać degenerację masa–odległość. Zdarzenie to zostało wywołane przez obiekt o masie zbliżonej do masy Jowisza, który jest albo grawitacyjnie niezwiązany, albo znajduje się na bardzo szerokiej orbicie.

- Porównując to zjawisko ze statystycznymi właściwościami innych obserwowanych zdarzeń mikrosoczewkowania oraz z przewidywaniami symulacji, wnioskujemy, że obiekt ten najprawdopodobniej powstał w dysku protoplanetarnym (jak planeta), a nie w izolacji (jak brązowy karzeł). Następnie procesy dynamiczne doprowadziły do jego wyrzucenia z miejsca narodzin, tworząc swobodnie poruszający się obiekt - wskazują autorzy artykułu na łamach Science.

Nowy rozdział w astronomii

Odkrycie to dostarcza twardego dowodu na teorie, które do tej pory istniały głównie w symulacjach komputerowych. Modele formowania się układów planetarnych sugerują, że młode systemy są chaotyczne, a interakcje grawitacyjne często kończą się wyrzuceniem części planet w przestrzeń kosmiczną.

– Teraz do gry wchodzi zupełnie nowa, prawdopodobnie ogromna populacja globów, o których nie wiemy jeszcze prawie nic – a które mogą być kluczowe dla zrozumienia, jak naprawdę powstają i ewoluują układy planetarne – dodaje Karol Wójcicki.

Autorami sukcesu i publikacji w „Science” jest zespół wybitnych polskich astronomów, m.in.: Andrzej Udalski, Przemek Mróz, Krzysztof A. Rybicki, Łukasz Wyrzykowski oraz inni badacze z projektu OGLE.

To kolejne potwierdzenie, że polska astronomia, mimo skromniejszych budżetów niż te dysponowane przez NASA czy ESA, dzięki innowacyjności i wieloletniej systematyczności (program OGLE trwa od 1992 roku) pozostaje w ścisłej światowej czołówce.