To zdjęcie przedstawia niewielki obszar nieba w kierunku obszaru zajmowanego przez Górny Skorpion i Wężownik. Przybliża niedawno odkrytą nieuczciwą planetę, co oznacza planetę, która nie krąży wokół gwiazdy, ale zamiast tego wędruje swobodnie samodzielnie. Nielegalna planeta to maleńka, jasnoczerwona kropka w samym środku obrazu.

Obraz powstał poprzez połączenie danych z instrumentu OmegaCam na teleskopie VLT Survey Telescope (VST) oraz z instrumentu VIRCAM na Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy (VISTA), oba znajdujące się w Obserwatorium Paranal ESO w Chile. Obserwacje tymi i innymi instrumentami pomogły naukowcom odróżnić planety od gwiazd, brązowych karłów i innych obiektów w tym rejonie nieba.

Czaiące się daleko od oświetlającej je gwiazdy, planety zbłąkane normalnie byłyby niemożliwe do zobrazowania, ale wkrótce po uformowaniu emitują słabą poświatę, którą można wykryć za pomocą czułych kamer na potężnych teleskopach.

Źródło:
ESO/Miret-Roig et al.Planety swobodne to nieuchwytne obiekty kosmiczne o masach porównywalnych z masami planet w Układzie Słonecznym, ale nie krążące wokół żadnej gwiazdy, a zamiast tego wędrujące swobodnie na własną rękę. Do tej pory nie znano wiele takich obiektów, ale zespół astronomów wykorzystujący dane z kilku teleskopów Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) oraz z innych obserwatoriów, właśnie odkrył co najmniej 70 nowych planet swobodnych w naszej galaktyce. Jest to największa grupa planet swobodnych odkryta do tej pory, ważny krok w stronę zrozumienia pochodzenia i własności tych tajemniczych galaktycznych nomadów.

---

„Nie wiedzieliśmy ilu możemy się spodziewać i jesteśmy podekscytowani, że znaleźliśmy tak wiele planet swobodnych” mówi Núria Miret-Roig, astronom pracująca w Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux (Francja) i na University of Vienna (Austria), pierwsza autorka nowych badań opublikowanych dzisiaj w Nature Astronomy.

Planety swobodne, czające się daleko od jakiejkolwiek gwiazdy, która mogłaby je oświetlać, nie byłyby możliwe do sfotografowania w zwykłych warunkach. Jednak Miret-Roig i jej zespół wykorzystał fakt, że kilka milionów lat po powstaniu, planety te nada są wystarczająco gorące, aby świecić, czyniąc możliwym bezpośrednie ich wykrycie czułymi kamerami na wielkich teleskopach. Naukowcy odkryli co najmniej 70 nowych planet swobodnych o masach porównywalnych do Jowisza, w obszarze gwiazdotwórczym niedaleko Słońca (Upper Scorpius oraz Ophiuchus w gwiazdozbiorach Skorpiona i Wężownika) [1].

Aby dostrzec wiele planet swobodnych, zespół badawczy użył danych rozciągających się na około 20 lat z licznych teleskopów naziemnych i kosmicznych. „Mierzyliśmy niewielkie ruchy, kolory i jasności dziesiątek milionów źródeł na dużym obszarze nieba” wyjaśnia Miret-Roig. „Pomiary te pozwoliły nam na dobrą identyfikację najsłabszych obiektów w tym obszarze – planet swobodnych.”

Badacze użyli obserwacji z teleskopów ESO: Bardzo Dużego Teleskopu (VLT), Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy (VISTA), VLT Survey Telescope (VST) oraz 2,2-metrowego teleskopu MPG/ESO znajdujących się w Chile, a także innych teleskopów. „Znaczna większość naszych danych pochodzi z obserwatoriów ESO, które były absolutnie krytyczne dla tych badań. Ich duże pole widzenia i unikatowa czułość były kluczami do sukcesu” wyjaśnia Hervé Bouy, astronom z Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux we Francji, kierujący nowymi badaniami. „Użyliśmy dziesiątek tysięcy zdjęć szerokiego pola z teleskopów ESO, odpowiadających setkom godzin czasu obserwacyjnego i dosłownie dziesiątek terabajtów danych.”

Zespół wykorzystał także dane z satelity Gaia (należącego do Europejskiej Agencji Kosmicznej), pokazując wielki sukces wynikający ze współpracy teleskopów naziemnych i kosmicznych w badaniach i zrozumieniu Wszechświata.

Wyniki badań sugerują, że może istnieć o wiele więcej tych nieuchwytnych, bezgwiezdnych planet niż odkryto do tej pory. „Może być kilka miliardów tego typu olbrzymich planet swobodnie poruszających w Drodze Mlecznej bez swoich gwiazd macierzystych” wskazuje Bouy.

Badając nowo odnalezione planety swobodne, astronomowie mogą znaleźć wskazówki na temat powstawania tych zagadkowych obiektów. Niektórzy naukowcy sądzą, że planety swobodne mogą formować się z kolapsu gazowego obłoku, który jest zbyt mały, aby doprowadzić do powstania gwiazd, albo że mogą zostać wyrzucone ze swoich macierzystych systemów. Ale kwestia, który z tych mechanizmów jest bardziej prawdopodobny pozostaje nieznana.


Artist’s animation of a rogue planet in Rho Ophiuchi

Dalszy rozwój w technologii będzie kluczowy dla wyjaśnienia zagadki tych planetarnych nomadów. Zespół naukowy ma nadzieję na kontynuowanie badan w jeszcze dokładniejszych szczegółach, gdy dostępny stanie się Ekstremalnie Wielki Teleskop (ELT), budowany obecnie przez ESO na chilijskiej pustynia Atakama. Ma on zacząć obserwacje za kilka lat. „Obiekty te są ekstremalnie słabe i niewiele da się zrobić przy pomocy aktualnie dostępnych przyrządów” mówi Bouy. „ELT będzie absolutnie kluczowy w zbieraniu informacji na temat planet swobodnych, które odkryliśmy”.

Uwagi
[1] Dokładna liczba planet swobodnych znalezionych przez zespół jest trudna do określenia, ponieważ obserwacje nie pozwalają badaczom na zmierzenie masy analizowanych obiektów. Obiekty o masach wyższych niż 13 mas Jowisza prawdopodobnie nie są planetami, więc nie można ich uwzględnić w tej liczbie. Jednak ze względu na to, że zespół nie znał wartości mas, musiał oprzeć się na badania jasności planet, aby ustalić górny limit liczby zaobserwowanych planet swobodnych. Jasność jest związana z wiekiem samych planet, im starsza planeta, tym dłużej się ochładzała, redukując tym samym swoją jasność. Jeśli zbadany rejon jest stary, wtedy najjaśniejsze obiekty w próbce mają prawdopodobnie ponad 13 mas Jowisza, a poniżej jeśli rejon jest młody. Biorąc pod uwagę niepewność oszacowania wieku badanego rejonu, metoda ta daje liczbę planet swobodnych od 70 do 170.

Więcej informacji
Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. “A rich population of free-floating planets in the Upper Scorpius young stellar association”, który ukaże się w Nature Astronomy (DOI: 10.1038/s41550-021-01513-x). Badania otrzymały dofinansowanie z Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych, w ramach programu badań i innowacji Horyzont 2020 prowadzonego przez Unię Europejską (umowa grantowa nr 682903, P.I. H. Bouy), a także od Francji w ramach programu ”Investments for the Future”, IdEx Bordeaux, ANR-10-IDEX-03-02.

Skład zespołu badawczego: Núria Miret-Roig (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Francja [LAB]; University of Vienna, Department of Astrophysics, Austria), Hervé Bouy (LAB), Sean N. Raymond (LAB), Motohide Tamura (Department of Astronomy, Graduate School of Science, The University of Tokyo, Japonia; Astrobiology Center, National Institutes of Natural Sciences, Tokyo, Japonia [ABC-NINS]), Emmanuel Bertin (CNRS, UMR 7095, Institut d’Astrophysique de Paris,France [IAP]; Sorbonne Université, IAP, Francja) David Barrado (Centro de Astrobiología [CSIC-INTA], Depto. de Astrofísica, ESAC Campus, Hiszpania), Javier Olivares (LAB), Phillip Galli (LAB), Jean-Charles Cuillandre (AIM, CEA, CNRS, Université Paris-Saclay, Université de Paris, Francja), Luis Manuel Sarro (Depto. de Inteligencia Artificial, UNED, Hiszpania) Angel Berihuete (Depto. Estadística e Investigación Operativa, Universidad de Cádiz, Hiszpania) & Nuria Huélamo (CSIC-INTA).

Źródło: Europejskie Obserwatorium Południowe (European Southern Observatory)