Najnowszy numer prestiżowego tygodnika Science z 15 lutego 2008 doniósł o wielkim sukcesie polskich astronomów.
Międzynarodowy zespół astronomów ogłosił odkrycie nowego układu planetarnego, który jest przeskalowaną wersją Układu Słonecznego. W systemie tym, odległym od nas o 4500 lat świetlnych, dwie masywne planety – odpowiadające Jowiszowi i Saturnowi – krążą wokół centralnej gwiazdy, przypominającej Słońce. Kluczową rolę w odkryciu odegrał zespół polskich naukowców z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, kierowany przez prof. dra hab. Andrzeja Udalskiego. Polacy pracują w ramach projektu OGLE (the Optical Gravitational Lensing Experiment).
Podejrzeć gwiazdę
Jak wskazuje nazwa polskiego projektu, OGLE, nowy układ planetarny został odkryty dzięki technice mikrosoczewkowania grawitacyjnego. Ma ono miejsce wówczas, gdy obdarzony znaczną masą obiekt (gwiazda, planeta, czarna dziura itp.) przechodzi na niebie bardzo blisko świecącej w tle innej odległej gwiazdy. Pole grawitacyjne masywnego obiektu ugina światło gwiazdy tła i wzmacnia je tak, jak soczewka. Patrząc na „wzmacnianą” gwiazdę tła z Ziemi, widzimy, że jaśnieje ona w charakterystyczny sposób, gdy „soczewka” zbliża się i przechodzi przed nią, a potem stopniowo słabnie, wracając do swego zwykłego blasku, gdy soczewkujący ją obiekt oddala się od niej. Jeśli wokół gwiazdy, która służy za soczewkę, krąży planeta, jej pole grawitacyjne może dodatkowo zakłócać światło odległej gwiazdy. W rezultacie mamy dodatkowy efekt, pozwalający właśnie na odkrycie planety. Ten sprytny sposób „podglądania” przez astronomów odległych obiektów odbywa się zgodnie z teorią względności Einsteina.
Zjawisko mikrosoczewkowania występuje niezwykle rzadko. Jego istnienie zostało przewidziane przez naukowców na początku XX wieku, ale dopiero wiele dekad później rzeczywiście je zaobserwowano – warto dodać, że zrobiły to po raz pierwszy dwa niezależne zespoły, w tym właśnie polscy badacze z OGLE. – Nawet Einstein sądził, że zaobserwowanie tego zjawiska jest niemożliwe – wspomina polski sukces prof. Marcin Kubiak.
Jak szacują badacze, w najbardziej sprzyjających mikrosoczewkowaniu rejonach nieba (np. w kierunku Centrum Galaktyki) zaledwie światło jednej gwiazdy na milion jest w danym momencie wzmacniane! Efekty dodatkowe, związane z obecnością planet, obserwowane są jeszcze rzadziej. Jeśli dodamy do tego, że ogromnym utrudnieniem dla badaczy jest fakt, że zjawisko mikrosoczewkowania trwa bardzo krótko – bo od kilku godzin dla najlżejszych planet do 1-5 dni dla najcięższych – widzimy, jak wielkie szczęście sprzyjało naszym naukowcom. – Rocznie obserwujemy około 500-600 takich zjawisk – mówi prof. Michał Szymański, jeden z członków zespołu OGLE. Ponieważ są to zjawiska niepowtarzalne, wymagają ciągłej 24-godzinnej obserwacji i dlatego konieczna jest współpraca z innymi grupami badaczy. – Wiedzą o nowych mikrosoczewkach dzielimy się z innymi zespołami, a one wybierają najciekawsze z nich i obserwują je bardzo dokładnie – wyjaśnia prof. Szymański. – Musimy dysponować bardzo różnorodnymi danymi obserwacyjnymi, stąd potrzeba prowadzenia obserwacji z różnych miejsc na Ziemi.
109. mikrosoczewka
26 marca 2006 roku zespół polskich badaczy z OGLE odkrył, że jedna z ponad 120 milionów obserwowanych przez nich gwiazd znajdujących się w Centrum Galaktyki zaczęła jaśnieć w sposób charakterystyczny dla mikrosoczewek grawitacyjnych. Zgodnie z przyjętym zwyczajem obiekt nazwano OGLE-2006-BLG-109, ponieważ był 109. mikrosoczewką odkrytą przez OGLE w 2006 roku.
Informacja o zjawisku została natychmiast rozesłana do innych zespołów astronomów. Dwa dni później, 28 marca 2006 roku, systemy komputerowe projektu OGLE zarejestrowały nagłe odchylenie jasności mikrosoczewki OGLE-2006-BLG-109 w stosunku do przewidywanego jej zachowania. Astronomowie byli podekscytowani: mogło to oznaczać, że soczewkującemu obiektowi towarzyszą planety! Sterujący teleskopem prof. Michał Szymański wykonał dodatkowe pomiary, a informacja o potencjalnej planecie w układzie pomknęła do innych zespołów obserwujących to zjawisko.
Zjawisko mikrosoczewkowania osiągnęło swe maksimum 5 kwietnia 2006 roku. – Był to znaczący skok jasności, który, zgodnie ze wstępnymi modelami, oznaczał obecność planety typu jowiszowego – mówi Michał Kubiak. Drugi skok jasności, kolejnej nocy, był już wyraźnym sygnałem, że obserwowany układ jest bardziej skomplikowany. Przebieg zjawiska był zatem bardzo nietypowy: ku zaskoczeniu astronomów w ciągu kolejnych nocy jasność mikrosoczewki ciągle ulegała znaczącym zmianom. Bez wątpienia był to dowód skomplikowanej struktury obserwowanego układu. Wszystkie te zmiany, czyli „odchyłki planetarne”, były na bieżąco rejestrowane przez zespół OGLE. Ściśle współpracujące z OGLE zespoły badawcze śledziły każdą zmianę jasności obiektu.
Po drugiej stronie lustra
Interpretacja zjawiska wcale nie była prosta. Do pracy wzięli się inni astrofizycy, w tym Dr. Scott Gaudi z Ohio State University i Dr. David Bennett z University of Notre Dame (USA). Opracowywanie wyników trwało długo, ponieważ trzeba było sprawdzić, czy podobnych efektów nie mógłby spowodować układ z jedną tylko planetą. Dokonawszy szeregu obliczeń, badacze doszli jednak do wniosku, że jedynym pasującym do obserwowanego zjawiska modelem jest system planetarny, złożony z gwiazdy centralnej i dwóch planet: pierwszej, będącej analogiem naszego Jowisza, o masie 0.71 masy Jowisza, znajdującej się w odległości 2.3 odległości Ziemia-Słońce od swej macierzystej gwiazdy, i drugiej – o masie 0.27 masy Jowisza, odległej o 4.6 odległości Ziemia-Słońce od tejże gwiazdy (analog Saturna).
Odkryte planety są mniejsze od swoich „słonecznych kuzynów”, ale i sama gwiazda centralna w odległym układzie jest mniejsza od naszego Słońca. Jej masa jest równa zaledwie połowie masy naszej gwiazdy i jest ona również chłodniejsza niż Słońce. Ale w tym zmniejszeniu jest metoda! Odkryty system planetarny okazuje się być zdumiewająco podobny do Układu Słonecznego. Stosunki mas planet i gwiazdy centralnej, jak również stosunki wzajemnych odległości i okresów obiegu planet są niemal identyczne jak dla Słońca, Jowisza i Saturna! Układ planetarny OGLE-2006-BLG-109 jest zatem przeskalowaną wersją Układu Słonecznego, posiadającym mniej masywną gwiazdę centralną. To pierwszy system planetarny tak bardzo przypominającym ten, w którym żyjemy my sami!
Czy istnieje szansa na odkrycie kolejnych planet w OGLE-2006-BLG-109? – Zjawisko mikrosoczewkowania jest niepowtarzalne i dlatego więcej planet w tym układzie nie zaobserwujemy – wyjaśnia dr Szymański. – To konkretne mikrosoczewkowanie dało taki wynik, jaki dało, i więcej planet nie udało nam się przy jego pomocy zaobserwować. Mogą jednak pojawić się inne układy, które dzięki mikrosoczewkowaniu będziemy mogli zbadać. Trzeba jednak przyznać szczerze, że te szanse przy obecnym stanie technologii nie są duże, bo jedyną techniką, która daje taką możliwość, jest mikrosoczewkowanie grawitacyjne, a ona nie jest aż tak czuła, by znaleźć niewielką planetę typu ziemskiego. A zatem na drugą Ziemię będziemy musieli poczekać… – tłumaczy prof. Szymański. Zmiana jasności powodowana przez małą planetę jest po prostu znacznie trudniejsza do „wyłapania”. – Może jednak uda nam się zmniejszyć wykrywalne przez nas masy, aby planety takie jak Ziemia znalazły się w naszym zasięgu. W końcu, kiedy zaczynaliśmy projekt OGLE, w ogóle nie myśleliśmy o planetach – mówi prof. Marcin Kubiak.
Pozdrowienia z innego świata
Jak dotąd, żaden z odkrytych układów planetarnych nie był tak podobny do naszego. Znane nam egzoplanety to głównie tzw. gorące Jowisze, czyli bardzo masywne planety, krążące tak blisko swoich gwiazd, że panuje na nich bardzo wysoka temperatura. Z kolei teorie, które próbują wyjaśnić, jak powstają masywne planety, głoszą, że rodzą się one za tzw. linią śniegu, czyli tam, gdzie jest na tyle zimno, że obszary lodu (niekoniecznie powstałego z wody, ale np. metanu) w danym układzie są stabilne. Bezpośrednio za linią śniegu planety powinny powstawać najszybciej i być najmasywniejsze, a masa kolejnych, bardziej oddalonych powinna maleć – a zatem dokładnie tak, jak to obserwujemy w naszym Układzie (Jowisz, Saturn, Uran, Neptun). Dowodem na to, że model objaśniający powstawanie planet-gigantów jest słuszny, jest własnie istnienie naszego Układu. Istnienie układu OGLE-2006-BLG-109 dodatkowo wzmacnia to przekonanie. – Nasze odkrycie wskazuje, że ten pogląd na powstawanie planet-gigantów prawdopodobnie jest poprawny – mówi prof. Szymański. – Dotąd znano tylko jeden lub dwa układy, które miały planetę na dużych (oddalonych od centralnej gwiazdy) orbitach – komentuje uczony. Wynikało to jednak ze stosowanej metody, tzw. Dopplera, która służy do wykrywania układów, w których gwiazda i planeta znajdują się blisko siebie. Odkrycie polskich astronomów dostarczyło dowodów, że we Wszechświecie znajdują się i planety innego typu oraz że Układ Słoneczny nie jest wyjątkowy – trzeba tylko cierpliwie szukać jego „bliźniaków”.
Gwiazda OGLE-2006-BLG-109 jest chłodniejsza od Słońca, ale planety znajdują się w takiej odległości, w jakiej powinny się znaleźć według modelu – tuż poza linią śniegu. Także ich masy maleją tak, jak powinny. Jak zatem powstają gorące Jowisze? Czy wielkie planety mogą „przesuwać się” w kierunku swojej gwiazdy? – To oddzielne pytanie – mówi prof. Szymański. - Dlaczego wielkie planety migrują i dlaczego nie dzieje się to we wszystkich układach, bo w naszym pozostały przecież na swoim miejscu? Te pytania czekają jeszcze na odpowiedź.
Polacy w Las Campanas
Odkryte planety pozasłoneczne to już 12. i 13. obiekt tego typu, jakie znalazł zespół OGLE. Cztery inne planety pozasłoneczne również zostały odkryte metodą mikrosoczewkowania grawitacyjnego, a pozostałe siedem – metodą tzw. tranzytów, którą zespół OGLE zastosował z sukcesem jako pierwszy na świecie w 2002 roku.
Warto dodać, że polski projekt OGLE od wielu lat pozostaje światowym liderem w dziedzinie mikrosoczewkowania. W jego ramach odkrywa się rocznie ok. 600 podobnych zjawisk. Polskie badania prowadzone są przy użyciu warszawskiego 1.3 metrowego teleskopu w Obserwatorium Las Campanas w Chile. Każdej pogodnej nocy badacze obserwują około 150 milionów gwiazd. Projekt finansowany jest częściowo przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego, Fundację na rzecz Nauki Polskiej oraz Fundację Astronomii Polskiej. Bieżące informacje o projekcie OGLE można znaleźć pod adresem: http://ogle.astrouw.edu.pl
W skład zespołu OGLE wchodzą: prof. dr hab. Andrzej Udalski, prof. dr hab. Marcin Kubiak, prof. dr hab. Michał Szymański, dr hab. Grzegorz Pietrzyński, dr Igor Soszyński, dr Łukasz Wyrzykowski, dr Olaf Szewczyk, mgr Krzysztof Ulaczyk (Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego).
Eugeniusz Wiśniewski
POSŁUCHAJ AUDYCJI - mp3 (12,74 MB)
