8 Minute
Astronomii au determinat, pentru prima dată, atât masa, cât și distanța unei planete care se plimbă liber prin galaxie fără o stea gazdă. Descoperirea se bazează pe o aliniere rară și pe observații coordonate din telescoape aflate pe Pământ și în spațiu — un exemplu modern de „investigație” cerească care deschide o fereastră nouă asupra modului în care se formează planetele și asupra mecanismelor care le pot ejecta din sistemele lor natale. Această măsurare are implicații importante pentru înțelegerea formării planetare, a dinamicii sistemelor multiple și pentru estimarea populației de planete rătăcitoare (planete libere) din Calea Lactee.
How a dark, lonely planet revealed itself
Planetele rătăcitoare (numite și planete libere sau "rogue planets") sunt extrem de slabe și aproape imposibil de detectat direct prin imagistică convențională, deoarece nu reflectă suficientă lumină stelară și nu emit lumină proprie semnificativă. În schimb, astronomii le detectează adesea prin microlensing gravitațional — un fenomen prevăzut de teoria relativității generale — când un obiect aflat în prim-plan (de exemplu o planetă sau o stea slabă) trece pe lângă linia de vedere spre o stea distantă și curbează, temporar, lumina acelei stele. Acea strălucire fugace, o magnitudine mică sau variabilă a luminozității sursei îndepărtate, este indiciul pe care îl caută cercetătorii.
Transformarea unui semnal de microlensing într-o măsurătoare a masei presupune însă depășirea unei ambiguități fundamentale: datele de intensitate singure oferă informații despre timpul caracteristic și amplitudinea evenimentului, dar nu pot separa în mod unic masa obiectului lentilă de distanța sa față de observator. Aceasta este problema clasică a degenerescenței masă-distanță în microlensing. Când lentila este un corp întunecat — o planetă fără stea — provocarea devine și mai accentuată, deoarece nu există spectre sau fluxuri directe care să fixeze proprietățile obiectului.
Pe 3 mai 2024, mai multe observatoare terestre din Chile, Africa de Sud și Australia au înregistrat independent un astfel de eveniment de microlensing. Observațiile terestre au furnizat curbele de lumină (light curves) care au arătat un episod scurt de amplificare a luminozității stelei țintă, compatibil cu trecerea unei lentile compacte. Critic pentru succesul măsurării a fost faptul că nava Gaia — deși retrasă din misiuni operaționale primare, încă capabilă să observe stele — a imortalizat același eveniment de șase ori în decurs de 16 ore, în timp ce se afla la aproximativ 1,5 milioane de kilometri distanță de Pământ. Acea mică diferență de punct de vedere a generat decalaje măsurabile atât în timp, cât și în amplitudinea semnalului dintre observațiile terestre și cele spațiale, oferind practic o vedere stereoscopică care a permis analizarea parallaxei diferențiale a evenimentului.
Weighing a planet with parallax: the method behind the headline
Metoda folosește parallaxul: prin compararea curbelor de lumină înregistrate din cele două puncte de observație, echipa de cercetare a estimat geometria evenimentului — traiectoria aparentă a lentilei, parametrul timpului caracteristic (t_E) și factorii care determină amplitudinea maximă. Cu un model de microlensing care include efectul parallaxului orbital și cel bazat pe separarea spațială dintre observatoare, cercetătorii au putut deduce distanța aproximativă până la obiectul care a produs lentila. Odată stabilită distanța, degenerescența masă-distanță se reduce semnificativ, permițând calculul masei obiectului prin relațiile fundamentale ale microlensingului (care leagă raza Einstein, masa lentilei și distanțele observator-obiect sursă-lentilă).
Rezultatul analizei: o planetă singuratică cu o masă de aproximativ 22% din masa lui Jupiter (adică ~0,22 M_J), situată la aproape 9.785 de ani-lumină în direcția centrului Căii Lactee. Această valoare a masei o situează în categoria planetelor gigantice gazoase de tip sub-Jupiter sau la limita superioară a clasificării pentru obiecte de masă planete: este suficient de masivă pentru a fi considerată rămășiță a proceselor de formare planetară și nu doar un corp sub-stelar de tip „brown dwarf”.
Un diagram care ilustrează modul în care evenimentul de lentilă gravitațională a cauzat o schimbare aparentă a luminozității, observată de telescoapele terestre și de Gaia în spațiu, permițând calcularea distanței și masei. (J. Skowron/OGLE)
Why this measurement matters
Măsurarea masei și a distanței pentru o planetă rătăcitoare este importantă din mai multe motive științifice. În primul rând, faptul că masa este de aproximativ o cincime din cea a lui Jupiter sugerează că obiectul s-a format probabil inițial într-un sistem planetar și a fost ulterior ejectat prin interacțiuni gravitaționale cu alte corpuri — un proces analog „biliardului cosmic”, în care perturbațiile gravitaționale între planete sau trecerile apropiate ale unei stele companion pot arunca o planetă pe o traiectorie de scăpare. Confirmarea atât a masei, cât și a distanței pentru o planetă rătăcitoare oferă astronomilor un punct de date rar, esențial pentru testarea modelelor teoretice de formare planetară, migrație orbitală și mecanisme de ejectare.
În al doilea rând, astfel de măsurători permit estimări mai realiste ale distribuției masei și ale frecvenței planetelor izolate din galaxia noastră. Modelele populaționale de planete rătăcitoare depind de rata cu care sistemele planetare generează aceste obiecte prin procese dinamice sau prin formare in situ în discuri protoplanetare. Date empirice solide, ca această determinare a masei, furnizează constrângeri esențiale pentru simulările numerice care urmăresc evoluția sistemelor multiple și a clusterelor stelare, unde interacțiunile pot fi frecvente.
După cum a subliniat astrofizicianul Gavin Coleman de la Queen Mary University of London, observațiile coordonate între resurse spațiale și terestre demonstrează cum aceste active complementare pot elimina ambiguitățile obișnuite în evenimentele de microlensing și pot oferi constrângeri directe asupra proprietăților planetelor rătăcitoare. Publicarea rezultatelor în revista Science adaugă greutate științifică descoperirii și confirmă relevanța metodologiei folosite, atât din perspectiva analitică, cât și a calității datelor.
What’s next: wider searches and faster surveys
Privind înainte, Telescopul Spațial Nancy Grace Roman (Roman Space Telescope), programat să fie lansat în 2027, va revoluționa sondajele de microlensing. Instrumentele sale cu câmp larg vor scana regiuni vaste ale cerului mult mai rapid decât Hubble, crescând dramatic probabilitatea surprinderii unor evenimente similare, inclusiv a celor foarte scurte și a celor produse de lentile de masă planetară. Roman va fi capabil să monitorizeze milioane de stele din regiunile bogate în stele ale Căii Lactee pentru perioade extinse, oferind o bază statistică mult mai solidă pentru determinarea distribuției masei, a ratei de ejectare și a dependenței acestor fenomene de mediul stelar.
Cu Roman, astronomii se așteaptă să detecteze mult mai multe planete izolate și să măsoare masele și distribuțiile lor, clarificând cât de comune sunt evenimentele de ejectare și modul în care sistemele planetare evoluează în timp. În plus, combinaţia datelor Roman cu imagini și fotometrie de la misiuni precum Gaia, precum și cu rețele terestre de telescoape dedicate (de exemplu rețelele de monitorizare microlensing și proiectele de sondaj stelare), va permite construcții statistice robuste ale populațiilor de planete rătăcitoare.
Pe lângă impactul asupra cunoașterii populației planetare, aceste progrese au implicații pentru astronomia exoplanetelor în general: ele oferă informații despre eficiența mecanismelor de creștere planetară, despre frecvența sistemelor dinamice instabile și despre legătura dintre arhitectura sistemului natal și probabilitatea ca planetele să fie păstrate sau pierdute în spațiul interstelar. În termeni practici, măsurători precise ale masei și distanței pot, de asemenea, să informeze căutările viitoare pentru eventuale semne ale atmosferei sau ale materialului reținut în jurul unor astfel de obiecte, chiar dacă aceste observații rămân în general extrem de provocatoare.
Pentru moment, această măsurare rămâne o dovadă de concept: atunci când sincronizarea, geometria și coordonarea observatorilor se aliniază, chiar și o planetă întunecată, fără stea gazdă, poate fi cântărită de la capătul opus al galaxiei. Este o reamintire că observațiile atente — combinate cu un strop de noroc cosmic — pot lumina cele mai evazive colțuri ale Căii Lactee. În plus, succesul acestui caz oferă un cadru metodologic care poate fi aplicat pe scară largă, ducând la progrese în studiul planetei rătăcitoare, microlensing-ului gravitațional, parallaxului spațial și cooperării internaționale între facilitățile astronomice care sprijină cercetarea exoplanetară.
Sursa: sciencealert
Lasă un Comentariu