Jak odnaleźć niewidzialne planety?
Polowanie na samotne planety to zadanie dla wytrwałych. Nie świecą one własnym światłem, a do tego nie przechodzą regularnie przed tarczą swojej gwiazdy, jak robią to typowe egzoplanety. Jedyną skuteczną metodą ich wykrywania jest mikrosoczewkowanie grawitacyjne, zjawisko przewidziane przez Alberta Einsteina. Gdy masywny, choć niewidoczny obiekt, znajdzie się dokładnie między Ziemią a odległą gwiazdą, jego grawitacja działa jak soczewka, na krótko wzmacniając blask tego świecącego tła.
Pierwszą taką planetę niezwiązaną z gwiazdą zaobserwowano w 2000 roku, osiem lat po historycznym odkryciu pierwszych egzoplanet. Podczas gdy misje takie jak Kepler i TESS zlokalizowały już ponad 6000 światów krążących wokół obcych słońc, planety swobodne wciąż pozostają nieuchwytne. Co ciekawe, wszystkie dotychczas potwierdzone przypadki mikrosoczewkowania dotyczyły obiektów lżejszych niż Jowisz. W przedziale mas od mniej więcej jednej do kilkunastu mas tej planety panowała wyraźna pustka. Pojawiały się za to cięższe brązowe karły i gwiazdy. Ta luka właśnie otrzymała logiczne wytłumaczenie.
Procesy wyrzucania planet
Klucz do rozwiązania zagadki leży w mechanizmach, które w ogóle tworzą te samotne światy. Powstają one w wyniku chaotycznych interakcji grawitacyjnych w młodym, gęstym układzie planetarnym, które mogą dosłownie wystrzelić planetę w międzygwiezdną przestrzeń. Nowe modele sugerują, jakoby obiekty o masie zbliżonej do Jowisza czy Saturna miały po prostu zbyt dużą bezwładność, by łatwo je było wyrzucić. Ich orbity są stabilniejsze, przez co rzadziej stają się ofiarami kosmicznego „katapultowania”.
Gwałtowne procesy dynamiczne kształtują demografię obiektów o masie planetarnej, zarówno tych, które pozostają związane ze swoimi gwiazdami macierzystymi, jak i tych, które są wyrzucane, aby stać się swobodnie dryfującymi – wyjaśnia zespół badawczy
Statystyki zaczynają to potwierdzać. Większość zidentyfikowanych samotników to światy o masie mniejszej niż Neptun. Jednak niedawne odkrycie planety o masie zbliżonej do Saturna, dryfującej samotnie w kosmosie, jest mocnym argumentem za nową teorią. Jeszcze ciekawsze światło na ten proces rzucają obserwacje bardzo młodych obiektów w gromadzie σ Orionis. Badania pokazują, że ciała o masach od 5 do 15 mas Jowisza mogą formować się samodzielnie w zaledwie kilka milionów lat. Ich atmosfery mają temperatury rzędu 1400 do 1900 stopni Celsjusza. To dowód, że nie wszystkie swobodne planety muszą być wygnańcami: niektóre mogły nigdy nie mieć swojej gwiazdy.
Nowe możliwości w poszukiwaniu samotnych planet
Prawdziwy przełom w tej dziedzinie dopiero nadejdzie. Przygotowywane obserwatoria, takie jak naziemny teleskop Vera C. Rubin czy kosmiczny teleskop Nancy Grace Roman, zrewolucjonizują polowanie metodą mikrosoczewkowania. Będą w stanie zbierać dane w niespotykanej dotąd skali i czułości. Teleskop Roman ma szansę wykryć analogi niemal wszystkich planet Układu Słonecznego, włącznie z obiektami o masie Ziemi. Jego czułość pozwoli też na odnajdywanie lodowych olbrzymów, które – jak się niektórzy domyślają – mogą być najpowszechniejszym typem planet w galaktyce. Co więcej, instrument ten może pomóc w zlokalizowaniu dziesiątek tysięcy nowych egzoplanet, w tym tych swobodnych, a nawet niewidocznych czarnych dziur i gwiazd neutronowych.
Czytaj też: Rekordowa obserwacja aktywnego regionu naszej gwiazdy. Solar Orbiter ujawnia zabójcze sekrety Słońca
Wyjaśnienie istnienia „pustyni Einsteina” to zaledwie pierwszy krok. Każde nowe odkrycie samotnej planety będzie kamieniem milowym w rozumieniu, jak często młode układy planetarne doświadczają gwałtownych, chaotycznych wydarzeń. Szacunki mówiące o miliardach takich światów w Drodze Mlecznej brzmią nieprawdopodobnie, ale może właśnie w tej kosmicznej samotności kryje się odpowiedź na pytanie o powszechność warunków sprzyjających życiu.