Samotne planety

Według oficjalnej definicji Working Group on Extrasolar Planets (WGESP), planeta to "obiekt o masie poniżej minimalnej masy, wymaganej do rozpoczęcia reakcji termojądrowej, który orbituje wokół gwiazdy". Według tej definicji swobodne obiekty o masie planetarnej, powstające w młodych gromadach gwiazd, nie są planetami, ale brązowymi podkarłami. W samej definicji znajduje się także zastrzeżenie, że przyjęte przez WGESP definicje są kompromisem, który nie zadowala w pełni żadnego z członków WGESP, ale stanowi rozsądną tymczasową definicję planety, która to definicja może ulec w przyszłości zmianom w miarę wzrostu wiedzy na ten temat. Niezależnie od definicji WGESP, termin "samotna planeta" jest powszechnie używany także do określania swobodnie podróżujących planet, powstałych poza systemami słonecznymi. Samotnie podróżujące planety mogą powstawać na dwa sposoby; najbardziej prawdopodobne jest, że powstały one w normalnych układach planetarnych, ale w wyniku przypadkowej kolizji zostały wyrzucone z ich orbit i rozpoczęły samotną podróż. Możliwy jest także mechanizm, w którym planety tego typu powstały z dala od gwiazd z zagęszczonych obłoków pyłowych.

Pierwsze doniesienia o istnieniu takich ciał pojawiły się w 2000 roku, jednak odkrycia, a także planetarna natura tych ciał budziła wątpliwości. Istnienie samotnych planet było przedmiotem kontrowersji w środowisku naukowym do roku 2011, kiedy znalezienie dziesięciu obiektów tego typu ogłosił zespół astronomów z japońsko-nowozelandzkiej grupy MOA (Microlensing Observations in Astrophysics) oraz współpracujących z nimi polskich naukowców z projektu wielkoskalowego przeglądu nieba OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment). Planety zostały znalezione dzięki zjawisku mikrosoczewkowania grawitacyjnego, gdzie za tło przyjęto centrum Galaktyki. Dotychczasowe obserwacje sugerują, że powstające układy planetarne są niestabilne i zjawisko wyrzucania z nich planet może być powszechne, zaś liczba planet swobodnych okrążających jądro galaktyki przekracza liczbę gwiazd, według niektórych szacunków w naszej Galaktyce może być nawet 100 tysięcy razy więcej samotnych planet niż gwiazd. Najnowsze badania prowadzone przez polski zespół astronomów OGLE sugerują jednak, że samotnych planet jest w Galaktyce znacznie mniej – na jedną planetę o masie bliskiej Jowisza przypadają cztery gwiazdy ciągu głównego. Encyklopedia pozasłonecznych układów planetarnych wymienia (stan na 14 października 2011) 13 potencjalnych samotnych planet.

Podstawowy problem z samotnymi planetami jest taki, że są to obiekty, których obserwacja jest bardzo trudna. Nie są źródłem światła, jak gwiazdy. Mają niewielkie rozmiary w porównaniu do tych ostatnich. Wreszcie znajdują się w dużej odległości od gwiazd. Nie można zaobserwować ich transferu, jak robi się to podczas poszukiwań egzoplanet. Metodą, która daje potencjalnie możliwość obserwacji samotnych planet jest soczewkowanie grawitacyjne. Zjawisko polega na ugięciu promieni światła w wyniku oddziaływania grawitacyjnego masywnego obiektu przechodzącego między obserwatorem a źródłem światła. Dzięki niemu astronomowie są w stanie zaobserwować obiekty, których nie da się zarejestrować zwykłymi metodami. Długość trwania zjawiska zależna jest od masy obiektu oddziałującego. Im większa, tym trwa ono dłużej. W przypadku planet wielkości Jowisza możemy je obserwować przez 1 do 2 dni. Planety wielkości Ziemi widoczne będą w ten sposób tylko przez kilka godzin.

PSO J318.5-22.
W 2013 roku Międzynarodowa grupa astronomów odkryła młodą, egzotyczną planetę, która nie znajduje się na orbicie żadnej gwiazdy. Ta swobodnie unosząca się planeta, nazwana PSO J318.5-22, jest zaledwie 80 lat świetlnych od Ziemi, a jej masa jest tylko 6-cio krotnie większa od masy Jowisza. Planeta powstała około 12 milionów lat temu.

Fotografia 1. Samotna planeta PSO J318.5-22.

PSO J318.5-22 została odkryta dzięki słabemu i unikalnemu sygnałowi ciepła, który obiekt pozostawił w obserwacjach wykonanych Pan-STARRS 1 (PS1), czyli teleskopem szerokiego pola przeznaczonego do przeglądów nieba znajdującym się na wulkanie Haleakala, na wyspie Maui. Dodatkowo, w oparciu o obserwacje wykonane innymi teleskopami na Hawajach, naukowcy potwierdzili, że zidentyfikowany obiekt posiada własności podobne do gigantycznych gazowych planet orbitujących wokół młodych gwiazd. Jednak PSO J318.5-22 jest pozostawiona całkowicie sama sobie, bez gwiazdy macierzystej.
PSO J318.5-22 została odkryta podczas poszukiwania brązowych karłów. Ponieważ ich temperatura jest stosunkowo niska to świecą bardzo słabo, głównie w kolorze czerwonym. Pojawił się on jako wyjątkowy obiekt, bardziej czerwony niż dotychczas z odkrytych brązowych karłów. Regularne obserwacje obszaru, w którym znajdował się obiekt, przez dwa lata przy wykorzystaniu teleskopu Canada-France-Hawaii Telescope pozwoliły astronomom na wyznaczenie odległości do obiektu. Na podstawie tej odległości, która wynosi około 80 lat świetlnych, oraz kierunku ruchu w przestrzeni naukowcy określili, że PSO J318.5-22 należy do grupy młodych gwiazd zwanych Beta Pictoris. Grupa ta powstała 12 milionów lat temu. Należy zwrócić uwagę, że główna gwiazda tej grupy, nomen omen Beta Pictoris, na swojej orbicie posiada planetę, gazowego olbrzyma. Jednak PSO J318.5-22 jest mniej masywna i najprawdopodobniej powstała w inny sposób.

Żródło:
Institute for Astronomy. University of Hawaii: A Strange Lonely Planet Found without a Star