Polacy współodkrywcami pozasłonecznej kopii Układu Słonecznego

W układzie tym, odległym od nas o 4500 lat świetlnych, dwie masywne planety - odpowiadające Jowiszowi i Saturnowi - krążą wokół przypominającej Słońce gwiazdy - informuje najnowszy numer tygodnika "Science".

Kluczową rolę w tym odkryciu odegrał zespół polskich astronomów z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, kierowany przez prof. dr. hab. Andrzeja Udalskiego i pracujący w ramach projektu OGLE (the Optical Gravitational Lensing Experiment)". W jego skład, poza prof. Ugalskim, wchodzą: prof. Marcin Kubiak, prof. Michał Szymański, dr hab. Grzegorz Pietrzyński, dr Igor Soszyński, dr Łukasz Wyrzykowski, dr Olaf Szewczyk oraz mgr Krzysztof Ulaczyk. Jak informuje prof. Udalski, nowy układ planetarny został odkryty techniką zwaną mikrosoczewkowaniem grawitacyjnym.

"Zjawisko mikrosoczewkowania następuje wówczas, gdy obdarzony masą obiekt (gwiazda, planeta, czarna dziura itp.) przechodzi na niebie bardzo blisko świecącej w tle innej odległej gwiazdy - tłumaczy naukowiec. - Pole grawitacyjne obiektu ugina, zgodnie z teorią względności Einsteina, światło gwiazdy tła i wzmacnia je tak, jak soczewka". "Obserwując z Ziemi widzimy, że gwiazda tła jaśnieje w charakterystyczny sposób, gdy soczewka zbliża się i przechodzi przed nią, a następnie stopniowo słabnie wracając do swego zwykłego blasku, gdy obiekt soczewkujący oddala się od niej. Jeśli wokół gwiazdy soczewkującej krąży planeta, jej pole grawitacyjne może dodatkowo zakłócać światło odległej gwiazdy.

W rezultacie obserwujemy dodatkowy efekt mikrosoczewkowania przez planetę, pozwalający na jej wykrycie" - dodaje Udalski. Profesor wyjaśnia, że zjawiska mikrosoczewkowania występują niezwykle rzadko. Jak tłumaczy, w najbardziej sprzyjających mikrosoczewkowaniu rejonach nieba (np. w kierunku Centrum Galaktyki) światło zaledwie jednej na milion gwiazd jest w danym momencie wzmacniane, natomiast efekty dodatkowe - wywołane obecnością planet - mogą być obserwowane jeszcze rzadziej.

"Ogromnym utrudnieniem jest tu fakt, że trwają one bardzo krótko - od kilku godzin dla najlżejszych planet do 1-5 dni dla najcięższych. Ponieważ są to zjawiska niepowtarzalne, wymagają ciągłego, 24-godzinnego monitorowania, niesłychanej koncentracji obserwatorów i doskonałej koordynacji współpracy pomiędzy różnymi grupami badaczy" - mówi Udalski. 26 marca 2006 roku zespół OGLE odkrył, że jedna, z ponad 120 milionów obserwowanych gwiazd Centrum Galaktyki, zaczęła jaśnieć w sposób charakterystyczny dla mikrosoczewek grawitacyjnych. Zgodnie z konwencją obiekt został nazwany OGLE-2006-BLG-109, jako 109-ta mikrosoczewka odkryta przez zespół w danym roku. Informacja o zjawisku została rozesłana do innych międzynarodowych zespołów obserwujących te obiekty.

"Dwa dni później, 28 marca 2006 roku systemy komputerowe projektu OGLE, monitorujące na bieżąco zachowanie odkrytych mikrosoczewek, zarejestrowały nagłą odchyłkę jasności od przewidywanego zachowania OGLE-2006-BLG-109, mogącą świadczyć o obecności planet krążących wokół obiektu soczewkującego. Sterujący teleskopem prof. Michał Szymański natychmiast wykonał kilka dodatkowych pomiarów, a informacja o potencjalnej planecie w układzie została również przekazana do innych zespołów obserwujących zjawisko z innych kontynentów" - opowiada prof. Udalski. Natomiast 5 kwietnia 2006 roku zjawisko mikrosoczewkowania osiągnęło swe maksimum.

Udalski wyjaśnia, że - ku zaskoczeniu obserwatorów - w ciągu kolejnych nocy jasność OGLE-2006-BLG-109 ulegała znaczącym zmianom - kolejnym odchyłkom od typowego mikrosoczewkowania przez pojedynczą gwiazdę. Według naukowca, świadczyło to o skomplikowanej strukturze obserwowanego układu. Odchyłki te były na bieżąco rejestrowane przez zespół OGLE, a informacje o nich przekazywane do innych grup. "To szeroka współpraca kilku zespołów umożliwiła bardzo dokładne pokrycie obserwacyjne tego unikalnego zjawiska mikrosoczewkowania - uważa profesor z UW. - Szczególną rolę odegrały tu dodatkowe obserwacje uzyskane przez zespół mikroFun, kierowany przez prof. Andy Goulda z Ohio State University (USA).

W badaniach tej grupy oprócz profesjonalnych astronomów, uczestniczą także miłośnicy astronomii. Ważne obserwacje uzupełniające dostarczyły też nowozelandzko-japońska grupa MOA i międzynarodowy zespół PLANET/ROBONET". Jednak, jak tłumaczy naukowiec, z uwagi na niecodzienny charakter zarejestrowanych zmian blasku OGLE-2006-BLG-109, interpretacja zjawiska nie była prosta. Kluczową rolę odegrali tu dr Scott Gaudi z Ohio State University i dr David Bennett z University of Notre Dame (USA). Po dokonaniu szeregu skomplikowanych obliczeń ustalili oni, że jedynym pasującym do obserwacji modelem zjawiska jest system planetarny składający się z dwóch masywnych planet: pierwszej o masie 0,71 masy Jowisza, krążącej w odległości 2,3 odległości Ziemia-Słońce od swej macierzystej gwiazdy (analog Jowisza) i drugiej - o masie 0,27 masy Jowisza, odległej o 4,6 odległości Ziemia-Słońce od tejże gwiazdy (analog Saturna).

"Pomimo, że masa gwiazdy centralnej systemu OGLE-2006-BLG-109 jest równa zaledwie połowie masy Słońca i że jest ona chłodniejsza niż Słońce, odkryty system planetarny okazuje się 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 więc przeskalowaną wersją Układu Słonecznego z mniej masywną gwiazdą centralną. Jest pierwszym systemem tak bardzo przypominającym ten, w którym żyjemy" - komentuje prof. Ugalski.

Jednocześnie wyjaśnia, że współczesne teorie formowania masywnych planet jowiszo-podobnych przewidują ich powstawanie w odległościach dalszych niż tzw. linia śniegu, czyli obszar, poza którym substancje w postaci lodu (wodnego, amoniakowego, metanowego) są stabilne. Zgodnie z tym, bezpośrednio za linią śniegu planety powinny powstawać najszybciej i być najmasywniejsze, z kolei planety kolejne, bardziej oddalone, powinny być mniejsze - tak jak to obserwujemy w Układzie Słonecznym (Jowisz, Saturn, Uran, Neptun). Tymczasem - dodaje astronom - współczesne odkrycia pozasłonecznych układów planetarnych pokazały, że są one zasadniczo różne od Układu Słonecznego.

Odkryte planety masywne krążą z reguły blisko swych macierzystych gwiazd - dużo bliżej niż linia śniegu w tych układach. Świadczy to o istnieniu mechanizmów migracji przesuwających powstałe planety na odległości poniżej linii śniegu, często zaledwie kilku milionów kilometrów od gwiazd centralnych. "Istnienie Układu Słonecznego świadczy jednak o tym, że klasyczny obraz powstawania układów planetarnych jest prawidłowy - podkreśla Uralski. - Odkrycie układu OGLE-2006-BLG-109 znacząco wzmacnia to przekonanie. Mimo że gwiazda centralna emituje tam mniej promieniowania a temperatura planet jest o około 30 proc. niższa od temperatury Jowisza i Saturna, układy te znajdują się we właściwej odległości, poza linią śniegu, a ich masy maleją zgodnie z oczekiwaniami.

Proste oszacowania wydajności metody mikrosoczewkowania wskazują, że tego typu +klasyczne+ systemy powinny być powszechne we Wszechświecie. Sama zaś metoda mikrosoczewkowania jest obecnie jedynym sposobem pozwalającym odkryć układy wielo-planetarne o tak długich okresach obiegu". Według prof. Ugalskiego warty podkreślenia jest fakt, że odkryte planety pozasłoneczne to już 12. i 13. obiekt tego typu znaleziony przez zespół OGLE. Cztery inne planety pozasłoneczne odkryte zostały metodą mikrosoczewkowania grawitacyjnego, a pozostałe siedem metodą tzw. tranzytów, którą właśnie OGLE - jako pierwszy na świecie - zastosował z sukcesem w 2002 roku. Projekt OGLE od lat pozostaje liderem światowym w dziedzinie mikrosoczewkowania.

Każdego roku jego uczestnicy odkrywają około 600 nowych zjawisk mikrosoczewkowania. Badania prowadzone są przy użyciu polskiego - 1,3-metrowego teleskopu - znajdującego się w Obserwatorium Las Campanas w Chile. 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. (PAP)