Linnunradasta löydetty noin Maan kokoinen Rogue Planet

galaksimme saattaa olla täynnä roistoplaneettoja, gravitaatiovapaita millekään tähdelle. Puolalaisten tähtitieteilijöiden johtama kansainvälinen tutkijaryhmä on ilmoittanut löytäneensä tähän mennessä pienimmän maan kokoisen vapaasti kelluvan planeetan.

tähän mennessä on löydetty yli neljätuhatta ekstrapolaarista planeettaa. Vaikka monet tunnetuista eksoplaneetoista eivät muistuta aurinkokuntamme eksoplaneettoja, niillä on yksi yhteinen piirre: ne kaikki kiertävät tähteä. Planeettojen muodostumista ja evoluutiota koskevat teoriat ennustavat kuitenkin vapaasti kelluvien (veijariplaneettojen) olemassaolon, jotka ovat gravitaatiomaisesti sitoutumattomia mihin tahansa tähteen. Muutama vuosi sitten Varsovan yliopiston tähtitieteellisen observatorion OGLE-ryhmän puolalaiset tähtitieteilijät esittivät ensimmäiset todisteet tällaisten planeettojen olemassaolosta Linnunradalla. OGLE astronomers ilmoitti Astrophysical Journal Letters-lehdessä tähän mennessä löydetyn pienimmän rogue Planetin löytymisestä.

eksoplaneettoja voidaan havaita suoraan vain harvoin. Yleensä tähtitieteilijät löytävät planeettoja käyttämällä havaintoja planeetan emotähden valosta. Esimerkiksi jos planeetta risteytyy emotähtensä kiekon edessä, tähden havaittu kirkkaus laskee ajoittain pienen määrän aiheuttaen niin sanottuja läpilyöntejä. Tähtitieteilijät voivat mitata myös planeetan aiheuttamaa tähden liikettä.

vapaasti kelluvat planeetat eivät lähetä käytännössä lainkaan säteilyä, eivätkä ne määritelmän mukaan kierrä mitään emotähteä, joten niitä ei voida löytää perinteisin astrofysikaalisin havaintomenetelmin. Rogue-planeettoja voidaan kuitenkin bongata gravitaatiomikrolensaatioksi kutsutun tähtitieteellisen ilmiön avulla. Mikrolensaatio johtuu Einsteinin yleisestä suhteellisuusteoriasta: massiivinen kappale (linssi) voi taivuttaa kirkkaan taustakohdan (lähteen) valoa. Linssin painovoima toimii valtavana suurennuslasina, joka taipuu ja suurentaa kaukaisten tähtien valoa.

” jos massiivinen kappale (tähti tai planeetta) kulkee maassa olevan havaitsijan ja kaukaisen lähdetähden välillä, sen gravitaatio voi harhauttaa ja keskittää valoa lähteestä. Tarkkailija mittaa lähdetähden lyhyen kirkastumisen”, selittää tohtori Przemek Mroz, California Institute of Technologyn tutkijatohtori ja tutkimuksen pääkirjoittaja. ”Mahdollisuudet havainnoida mikrolinssiä ovat erittäin pienet, koska kolmen kohteen — lähteen, linssin ja tarkkailijan — täytyy olla lähes täydellisesti linjassa. Jos havaitsisimme vain yhden lähdetähden, joutuisimme odottamaan lähes miljoona vuotta nähdäksemme lähteen olevan mikrolensoitunut”, hän jatkaa.

tämän vuoksi gravitaatiomikrolensaatiota metsästävät nykyaikaiset tutkimukset seuraavat satoja miljoonia tähtiä Linnunradan keskuksessa, jossa mikrolensaation todennäköisyys on suurin. Varsovan yliopiston tähtitieteilijöiden johtama OGLE — tutkimus tekee yhden tällaisen kokeen. OGLE on yksi suurimmista ja pisimmistä taivaankartoituksista, se aloitti toimintansa yli 28 vuotta sitten. Tällä hetkellä OGLE-tähtitieteilijät käyttävät 1.3-metrinen Varsovan teleskooppi Las Campanasin observatoriossa Chilessä. Joka kirkas yö ne osoittavat kaukoputkellaan galaksin keskialueita ja tarkkailevat satoja miljoonia tähtiä etsien niitä, jotka muuttavat kirkkauttaan.

Gravitaatiomikrolensaatio ei riipu linssin kirkkaudesta, joten se mahdollistaa heikkojen tai tummien kohteiden kuten planeettojen tutkimisen. Mikrolensaatiotapahtumien kesto riippuu lensing-kohteen massasta-mitä vähemmän massiivinen linssi, sitä lyhyempi mikrolensaatiotapahtuma. Suurin osa havaituista tapahtumista, jotka kestävät tyypillisesti useita päiviä, ovat tähtien aiheuttamia. Vapaasti kelluvien planeettojen aiheuttamat mikrolennot kestävät vain muutaman tunnin. Mittaamalla mikrolinssitapahtuman kestoa (ja sen valokäyrän muotoa) voimme arvioida lensing-kappaleen massan.

tutkijat ilmoittivat löytäneensä lyhyimmän koskaan löydetyn mikrolinssitapahtuman nimeltä OGLE-2016-BLG-1928, jonka aikaväli on vain 42 minuuttia. ”Kun havaitsimme tämän tapahtuman ensimmäisen kerran, oli selvää, että sen on täytynyt johtua erittäin pienestä esineestä”, sanoo tutkimuksen toinen tekijä, Tri Radoslaw Poleski Varsovan yliopiston tähtitieteellisestä observatoriosta. Tapahtuman mallien mukaan linssin on täytynyt olla vähemmän massiivinen kuin maan, se oli todennäköisesti Marsin massainen kappale. Lisäksi linssi on todennäköisesti rogue planet. ”Jos linssi kiertäisi tähteä, havaitsisimme sen läsnäolon tapahtuman valokäyrässä”, lisää Tri Poleski. ”Voimme sulkea pois sen, että planeetalla on tähti noin 8 tähtitieteellisen yksikön sisällä (tähtitieteellinen yksikkö on maan ja auringon välinen etäisyys).”

OGLE-tähtitieteilijät esittivät ensimmäiset todisteet Linnunradan suuresta villiplaneettapopulaatiosta muutama vuosi sitten. Vasta havaittu planeetta on kuitenkin pienin koskaan löydetty rogue-maailma. ”Löytömme osoittaa, että matalamassaisia vapaasti kelluvia planeettoja voidaan havaita ja luonnehtia maahan perustuvilla teleskoopeilla”, sanoo OGLE-projektin PI: n professori Andrzej Udalski.

tähtitieteilijät epäilevät, että vapaasti kelluvat planeetat ovat todellisuudessa muodostuneet protoplanetaarisissa kiekoissa tähtien ympärille (”tavallisiksi” planeetoiksi) ja ne ovat sinkoutuneet pois emoplanetaarisista järjestelmistään sen jälkeen, kun gravitaatiovuorot ovat olleet vuorovaikutuksessa muiden kappaleiden kanssa, esimerkiksi järjestelmän muiden planeettojen kanssa. Planeettojen muodostumisen teoriat ennustavat, että sinkoutuvien planeettojen tulisi olla tyypillisesti maata pienempiä. Näin ollen vapaasti kelluvien planeettojen tutkiminen auttaa meitä ymmärtämään nuorten planeettakuntien, kuten aurinkokuntamme, myrskyisää menneisyyttä.

vapaasti kelluvien planeettojen etsintä on yksi Nasan parhaillaan rakentaman Nancy Grace Roman-avaruusteleskoopin tieteentekijöistä. Observatorion on määrä aloittaa toimintansa 2020-luvun puolivälissä.

tapahtuman lyhyyden vuoksi Tapahtuman luonnehtimiseen tarvittiin Korea Microlensing Telescope Net-verkoston (Kmtnet) keräämiä lisähavaintoja. KMTNet operoi kolmen teleskoopin verkostoa Chilessä, Australiassa ja Etelä-Afrikassa.

viite: Przemek Mróz, Radoslaw Poleski, Andrew Gould, Andrzej Udalski, Takahiro Sumi, ja Michal K. Szymanski, Igor Soszynski, Pawel Pietrukowicz, Szymon Kozlowski, Jan Skowron, Krzysztof Ulaczyk, (OGLE-yhteistyö), Michael D. Albrow, Sun-Ju Chung, cheongho han, Kyu-ha Hwang, Youn KIL Jung, hyoun-Woo Kim, Yoon-Hyun Ryu, in-Gu Shin, Yossi Shvartzvald, Jennifer C. Yee, Weicheng Zang, Sang-Mok Cha, Dong-Jin Kim, Seung-Lee Kim, Chung-UK Lee, Dong-JOO lee, Yongseok Lee, Byeong-Gon Park, Richard W. Pogge and (KMT Collaboration), 29.lokakuuta 2020, Astrophysical Journal Letters.
doi: 10.3847/2041-8213/abbfad
arXiv: 2009.12377

löytö olisi mahdoton ilman OGLE sky Surveyn tekemiä pitkän aikavälin havaintoja. Hanke on yksi suurimmista ja pisimmistä taivaankartoituksista, se aloitti toimintansa yli 28 vuotta sitten. OGLE-tutkimuksen ensimmäisiä tavoitteita oli pimeän aineen etsiminen ja tutkiminen gravitaatiomikrolensaatiotekniikalla. Nykyiset tutkimukset kattavat laajan valikoiman aiheita-eksoplaneettojen etsiminen, Linnunradan ja lähigalaksien rakenteen ja evoluution tutkiminen, muuttuvien tähtien, kvasaarien, transienttien ja aurinkokunnan kappaleiden tutkimukset.