Ανακαλύφθηκε ο «Lonely» Rogue Planet περιπλανώμενος στον Γαλαξία

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι ο γαλαξίας μας βρίθει από κοσμικά ορφανά, πλανήτες που περιπλανιούνται χωρίς ένα γονικό αστέρι. Αν και συνηθισμένοι, αυτοί οι απατεώνες πλανήτες είναι δύσκολο να εντοπιστούν, ειδικά όταν βρίσκονται στο εύρος μεγεθών της γης.

Παρά τη δυσκολία αυτή. μια διεθνής ομάδα αστρονόμων συμπεριλαμβανομένου του Przemek Mróz, ενός μεταδιδακτορικού μελετητή στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια (Caltech) και του Radosław Poleski από το Αστρονομικό Παρατηρητήριο του Πανεπιστημίου της Βαρσοβίας, εντόπισαν αυτό που πιστεύουν ότι είναι ένας πλανήτης που επιπλέει ελεύθερα με μέγεθος και μάζα κάπου στην περιοχή του Άρη και της Γης, που περιπλανιέται στον Γαλαξία.

Η ανακάλυψη αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στον τομέα της έρευνας εξωπλανητών, καθώς είναι ο πρώτος «απατεώνας πλανήτης» σε μέγεθος γης που έχει παρατηρηθεί ποτέ.

«Βρήκαμε έναν πλανήτη που φαίνεται εξαιρετικά μοναχικός και μικρός, μακριά στο Σύμπαν», λέει ο Poleski στο ZME Science. «Αν μπορείτε να φανταστείτε, η Γη βρίσκεται σε μια αμμουδιά που περιβάλλεται από πολλούς άλλους πλανήτες και φως από τον Ήλιο. Αυτός ο πλανήτης δεν είναι. Είναι πραγματικά μόνος.»

Ο απατεώνας πλανήτης που βρήκε η ομάδα — OGLE-2016-BLG-1928 — πιστεύεται ότι είναι ο μικρότερος ελεύθερα πλανητής που ανακαλύφθηκε ποτέ. Βρέθηκε σε δεδομένα που συλλέχθηκαν από το Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE), ένα πολωνικό αστρονομικό έργο που βασίζεται στο Πανεπιστήμιο της Βαρσοβίας. Οι απατεώνες που είχαν ανακαλυφθεί στο παρελθόν——όπως ο πρώτος καταγεγραμμένος πλανήτης που επιπλέει ελεύθερα που βρέθηκε επίσης από την OGLE το 2016——είναι πιο κοντά σε μέγεθος στον Δία.

«Ανακαλύψαμε τον μικρότερο υποψήφιο πλανήτη που επιπλέει ελεύθερα μέχρι σήμερα. Ο πλανήτης είναι πιθανότατα μικρότερος από τη Γη, κάτι που συνάδει με τις προβλέψεις των θεωριών σχηματισμού πλανητών», ο Mróz — επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης της ομάδας που δημοσιεύτηκε στο Astrophysical Journal Letters  — εξηγεί στο ZME Science. " Οι ελεύθερα επιπλέοντες πλανήτες είναι πολύ αχνοί για να παρατηρηθούν άμεσα — μπορούμε να τους ανιχνεύσουμε χρησιμοποιώντας βαρυτικό μικροφακό μέσω της βαρύτητας κάμψης φωτός τους.»

Η βαρύτητα της κατάστασης

Η ομάδα εντόπισε αυτόν τον περιπλανώμενο πλανήτη χρησιμοποιώντας την τεχνική του βαρυτικού μικροφακούς, που χρησιμοποιείται συχνά για να εντοπίσει εξωπλανήτες — πλανήτες έξω από το ηλιακό μας σύστημα. Οι εξωπλανήτες δεν μπορούν συχνά να παρατηρηθούν απευθείας και, όταν μπορούν, είναι αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης με την ακτινοβολία από το μητρικό τους αστέρι — για παράδειγμα, το φαινόμενο θαμπώματος που έχουν οι εξωπλανήτες όταν περνούν μπροστά από το άστρο τους και μπλοκάρουν μέρος του φωτός που εκπέμπει. Σαφώς, καθώς οι απατεώνες πλανήτες δεν έχουν γονικό αστέρι, δεν έχουν αυτές τις αλληλεπιδράσεις, καθιστώντας τα γεγονότα μικροφακών τον μόνο τρόπο εντοπισμού τους.

«Ο μικροφακισμός συμβαίνει όταν ένα αντικείμενο που κάνει φακό — ένας πλανήτης ή αστέρι που επιπλέει ελεύθερα — διέρχεται ανάμεσα σε έναν παρατηρητή με βάση τη Γη και ένα άστρο μακρινής πηγής, η βαρύτητα του μπορεί να εκτρέψει και να εστιάσει το φως από την πηγή», εξηγεί ο Mróz στο ZME Science. " Ο παρατηρητής θα μετρήσει μια σύντομη λάμψη του αστεριού πηγής, την οποία ονομάζουμε συμβάν βαρυτικού μικροφακού.»

Ο Mróz συνεχίζει εξηγώντας ότι η διάρκεια των γεγονότων μικροφακών εξαρτάται από τη μάζα του αντικειμένου που λειτουργεί ως βαρυτικός φακός. «Όσο μικρότερης μάζας είναι ο φακός, τόσο πιο σύντομο είναι το γεγονός μικροφακού. Τα περισσότερα από τα παρατηρούμενα γεγονότα, τα οποία συνήθως διαρκούν αρκετές ημέρες, προκαλούνται από αστέρια», λέει ο Mróz. «Τα συμβάντα μικροφακούς που αποδίδονται σε πλανήτες που επιπλέουν ελεύθερα συνήθως διαρκούν μόλις λίγες ώρες, γεγονός που καθιστά δύσκολο τον εντοπισμό τους. Χρειάζεται να παρατηρούμε πολύ συχνά το ίδιο μέρος του ουρανού για να εντοπίσουμε σύντομες λάμψεις που προκαλούνται από πλανήτες που επιπλέουν ελεύθερα."

Μετρώντας τη διάρκεια ενός γεγονότος μικροφακού και το σχήμα της καμπύλης φωτός του, οι αστρονόμοι μπορούν να εκτιμήσουν τη μάζα του αντικειμένου φακού. Με αυτόν τον τρόπο η ομάδα μπόρεσε να διαπιστώσει ότι αυτός ο ελεύθερα πλανητής έχει μέγεθος περίπου της Γης. «Επομένως, μπορούμε να ανακαλύψουμε πολύ αμυδρά αντικείμενα, όπως μαύρες τρύπες ή πλανήτες που επιπλέουν ελεύθερα», λέει ο Poleski. «Το βρήκαμε μια εκδήλωση, η οποία έχει χρονοδιάγραμμα 41 λεπτών. Και είναι το συντομότερο γεγονός που ανακαλύφθηκε ποτέ.»

Ο Poleski εξηγεί ότι η έλλειψη οποιουδήποτε άλλου σώματος φακού στο σύστημα είπε στην ομάδα ότι είναι ένας πολύ ισχυρός υποψήφιος για έναν πλανήτη που επιπλέει ελεύθερα. Και προσθέτει:«Γνωρίζουμε ότι είναι ένας πλανήτης λόγω του πολύ σύντομου χρονικού διαστήματος και πιστεύουμε ότι είναι ελεύθερος επειδή δεν βλέπουμε κανένα αστέρι δίπλα του».

Going Rogue. Πώς οι ελεύθερα πλωτοί πλανήτες έρχονται να περιπλανηθούν στο σύμπαν μόνοι

Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι οι ελεύθερα επιπλέοντες πλανήτες στην πραγματικότητα σχηματίστηκαν σε πρωτοπλανητικούς δίσκους γύρω από αστέρια με τον ίδιο τρόπο που είναι οι «κοινοί» πλανήτες. Σε κάποιο σημείο, εκτινάσσονται από τα μητρικά πλανητικά τους συστήματα, πιθανώς μετά από βαρυτικές αλληλεπιδράσεις με άλλα σώματα, για παράδειγμα, με άλλους πλανήτες του συστήματος.

«Ορισμένοι πλανήτες χαμηλής μάζας αναμένεται να εκτιναχθούν από τα μητρικά πλανητικά τους συστήματα κατά τα πρώτα στάδια του σχηματισμού του πλανητικού συστήματος», λέει ο Mróz. «Σύμφωνα με τις θεωρίες σχηματισμού πλανητών, οι περισσότεροι από τους πλανήτες που εκτινάσσονται θα πρέπει να είναι μικρότεροι από τη Γη. Οι θεωρίες σχηματισμού πλανητών προβλέπουν ότι οι τυπικές μάζες των πλανητών που εκτινάσσονται θα πρέπει να είναι μεταξύ 0,3 και 1,0 μάζες της Γης. Έτσι, οι ιδιότητες αυτού του γεγονότος ταιριάζουν με τις θεωρητικές προσδοκίες.»

Αυτοί οι απατεώνες πλανήτες που επιπλέουν ελεύθερα πιστεύεται ότι είναι αρκετά συνηθισμένοι, αλλά οι ερευνητές δεν μπορούν να είναι σίγουροι επειδή είναι τόσο δύσκολο να εντοπιστούν. «Οι τρέχουσες μελέτες μας υποδεικνύουν ότι η συχνότητα των πλανητών χαμηλής μάζας –στην Γη έως το εύρος της υπεργήινης μάζας– πλανητών ελεύθερης πλεύσης ή ευρείας τροχιάς είναι παρόμοια με αυτή των αστεριών —υπάρχουν περίπου δύο-πέντε τέτοια αντικείμενα ανά αστέρι στον Γαλαξία», λέει ο Mróz. «Αυτοί οι αριθμοί είναι πολύ αβέβαιοι επειδή βασίζονται σε μερικές παρατηρήσεις γεγονότων μικροφακών μικρής κλίμακας. Ωστόσο, εάν οι πλανήτες ελεύθερης επιπλεύσεως/ευρείας τροχιάς ήταν λιγότερο συχνοί από τα αστέρια, θα είχαμε παρατηρήσει πολύ λιγότερα συμβάντα μικρής κλίμακας από ό,τι εμείς."

Ο ερευνητής προσθέτει ότι αν και αυτά τα αντικείμενα είναι σχετικά κοινά, οι πιθανότητες παρατήρησης γεγονότων μικροφακούς που προκαλούνται από αυτά είναι ακόμα εξαιρετικά μικρές. «Τρία αντικείμενα——πηγή, φακός και παρατηρητής——πρέπει να είναι σχεδόν τέλεια ευθυγραμμισμένα», λέει ο Mróz. "Αν παρατηρούσαμε μόνο ένα αστέρι πηγής, θα έπρεπε να περιμένουμε σχεδόν ένα εκατομμύριο χρόνια για να δούμε την πηγή να υποβάλλεται σε μικροφακό."

Στην πραγματικότητα, ένα από τα εξαιρετικά στοιχεία της μελέτης της ομάδας είναι ότι ένα τόσο σύντομο γεγονός φακού δεν πιστεύεται ότι ήταν παρατηρήσιμο δεδομένης της ευαισθησίας της τρέχουσας γενιάς τηλεσκοπίων.

«Η έκπληξη, στο γενικά, ήταν ότι με την τρέχουσα τεχνολογία θα μπορούσαμε να ορίσουμε ένα τόσο σύντομο χρονικό γεγονός», λέει ο Poleski. "Είναι ιδιαίτερα εκπληκτικό αν ξεπεράσεις το προηγούμενο ρεκόρ με ελάχιστους συντελεστές."

Το ρωμαϊκό τηλεσκόπιο Nancy Grace και το Future Rogue Reconnaissance

Για τον Mróz, εξακολουθούν να υπάρχουν ερωτήσεις που θα ήθελε να δει απαντήσεις σχετικά με το OGLE-2016-BLG-1928. Κυρίως, επιβεβαιώνοντας ότι είναι σίγουρα ένας πλανήτης που επιπλέει ελεύθερα.

«Δεν είμαστε απολύτως σίγουροι αν ο πλανήτης μας επιπλέει ελεύθερα ή όχι. Οι παρατηρήσεις μας αποκλείουν την παρουσία αστρικών συντρόφων σε 10 αστρονομικές μονάδες –930 εκατομμύρια μίλια– από τον πλανήτη, αλλά ο πλανήτης μπορεί να έχει έναν πιο μακρινό σύντροφο», λέει ο Mróz. «Ας φανταστούμε ότι παρατηρούμε συμβάντα μικροφακών από έναν σκύλο του Ηλιακού Συστήματος. Εάν ο Δίας ή ο Κρόνος προκαλούσαν ένα συμβάν μικροφακού, θα βλέπαμε μια υπογραφή του Ήλιου στην καμπύλη φωτός συμβάντος μικροφακού. Ωστόσο, τα γεγονότα μικροφακών από τον Ουρανό ή τον Ποσειδώνα θα μοιάζουν πιθανότατα με αυτά των πλανητών που επιπλέουν ελεύθερα, επειδή βρίσκονται πολύ μακριά από τον Ήλιο.»

Ευτυχώς, ο Mróz λέει ότι θα πρέπει να είναι δυνατή η διάκριση μεταξύ ελεύθερων πλανητών και πλανητών ευρείας τροχιάς. «Ο φακός κινείται σε σχέση με το άστρο πηγής στον ουρανό και——λίγα χρόνια μετά το συμβάν του μικροφακού——ο φακός και η πηγή θα πρέπει να χωριστούν στον ουρανό», εξηγεί ο ερευνητής. «Εάν ο φακός έχει έναν αστρικό σύντροφο, θα δούμε κάποια περίσσεια φωτός στη θέση του. Εάν είναι ένας πλανήτης που επιπλέει ελεύθερα, δεν θα το κάνουμε».

Αν και αυτή η μέθοδος μπορεί να φαίνεται απλή, ο Mróz λέει ότι δεν μπορούμε να την εφαρμόσουμε τώρα, επειδή τα υπάρχοντα τηλεσκόπια δεν είναι αρκετά ισχυρά. Αυτό περιλαμβάνει το όργανο που διεξήγαγε τις μακροπρόθεσμες παρατηρήσεις που οδήγησαν στην έρευνα του ουρανού OGLE – τα δεδομένα από τα οποία η ομάδα βρήκε το συμβάν μικροφακών OGLE-2016-BLG-1928.

«[Η ανακάλυψη του OGLE-2016-BLG-1928] ήταν μέρος της ευρύτερης αναζήτησης για συμβάντα μικροφακούς γενικά, τα οποία εκτελούμε σε διάφορα βήματα», λέει ο Poleski στο ZME. " Σε ένα βήμα, άρχισα να κοιτάζω τους πλανήτες ευρείας τροχιάς — πλανήτες παρόμοιους με τον Ουρανό ή τον Ποσειδώνα και σε παρόμοιες τροχιές. Και ενώ έψαχνα για αυτά, εξέτασα μια λίστα με υποψήφια συμβάντα μικροφακούς γενικά και βρήκα αυτό."

Σύντομα το τηλεσκόπιο Nancy Grace Roman της NASA θα αναλάβει την αναζήτηση συμβάντων μικροφακών, αλλά στο μεταξύ, υπάρχουν ακόμη δεδομένα από το OGLE και άλλα έργα που πρέπει να εξεταστούν. «Τώρα έχουμε περισσότερα δεδομένα και άλλες έρευνες συλλέγουν επίσης δεδομένα. Ελπίζουμε λοιπόν να τα αναλύσουμε», λέει ο Poleski. «Το μακροπρόθεσμο μέλλον είναι η εκτόξευση του ρωμαϊκού διαστημικού τηλεσκοπίου Nancy Grace. Θα είναι ένα τηλεσκόπιο παρόμοιο με το τηλεσκόπιο Hubble, μόνο με νέες υπέρυθρες και υπέρυθρες κάμερες και αυτό το οπτικό πεδίο κάμερας μεγαλύτερο από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble.

"Ένα από τα κύρια έργα για το τηλεσκόπιο Raman θα είναι η παρατήρηση γαλαξιακής διόγκωσης σε αναζήτηση πλανητών μικροφακών, συμπεριλαμβανομένων ελεύθερων πλανητών."

Mroz, P., Poleski, R., Gould, A. et al ., «Ένας επίγειος-μάζας απατεώνας υποψήφιος πλανήτης ανιχνεύθηκε στο γεγονός μικροφακούς συντομότερης κλίμακας», Astrophysical Journal Letters , [2020] DOI:10.3847/2041–8213/abbfad