5 rzeczy, które powinieneś wiedzieć o egzoplanetach

Ostatnio NASA pochwaliła się zarejestrowaniem aż siedmiu planet pozasłonecznych, za jednym zamachem. Dla jednych była to sensacja, inni poczuli lekkie rozczarowanie. Warto przy tej okazji przypomnieć sobie o kilku faktach, jakie nawet laik powinien wiedzieć o egzoplanetach i bodaj najprężniej rozwijanej działce astronomii.

1. Znamy już kilka tysięcy egzoplanet

Globów pozasłonecznych odkryto tysiące

Po ostatnim odkryciu dorodnego układu planetarnego TRAPPIST-1, kilka portali obwieściło: “NASA udowodniła, że wszechświat nie jest pusty”! Kiepski wniosek, bo tak się składa, że fakt ten znany jest amatorom astronomii już od kilku dekad. A przynajmniej od momentu, gdy w 1991 roku Aleksander Wolszczan wykrył ślady globów okrążających pulsar PSR 1257+12. Do 2005 roku sklasyfikowaliśmy przeszło setkę egzoplanet, w 2007 roku już dwukrotnie więcej, zaś obecnie znamy ich ponad 3,5 tysiąca. Odkrycia kolejnych stanowią niemalże codzienność.

Naturalne wydaje się pytanie: ile systemów planetarnych, podobnych lub różnych od naszego, może istnieć gdzieś w kosmosie? Mimo zgromadzenia bogatego bagażu doświadczeń, wciąż nie możemy pozwolić sobie na snucie szczegółowych szacunków. Najprzyjemniej byłoby założyć, że każda, bądź niemal każda gwiazda, trzyma na smyczy po kilka planet. Wtedy wystarczyłoby przemnożyć 400 miliardów przez 8 (załóżmy podobieństwo do naszego Układu), aby otrzymać oszałamiającą liczbę około 3,2 biliona globów pozasłonecznych, w samej tylko Drodze Mlecznej. Byłoby to jednak zbyt proste i przesadnie optymistyczne ujęcie sprawy. Nie możemy też wyciągać zbyt ostrych i pesymistycznych wniosków, płynących z samych obserwacji. Teleskop Keplera musiał przebadać aż 150 tys. gwiazd, aby wyłowić zaledwie 1,2 tys. śladów układów planetarnych; lecz to wcale nie musi oznaczać, że mniej niż 1% gwiazd posiada jakąkolwiek planetę. Astronomowie doskonale zdają sobie sprawę z niedoskonałości obecnych metod oraz sprzętu (o nich później), spodziewając się planet w wielu miejscach, w które nie mają wglądu. Dlatego też, spotykane tu i ówdzie statystyki różnią się od siebie w sposób diametralny. Zdając się na instynkt i przypuszczenia, uczeni podają szacunki, wahające się od 35% do nawet 80%. Dawałoby to od 140 do nawet 320 miliardów układów planetarnych w naszej galaktyce. Tak więc, już od dawna mamy prawo mówić, iż “wszechświat nie jest pusty”.

2. Globy pozasłoneczne badamy pośrednio

Tranzyt metodą badania nowych planet

Wspomniany już Aleksander Wolszczan, odkrył po raz pierwszy planety pozasłoneczne, badając oddalony o niecałe tysiąc lat świetlnych pulsar. Jak łatwo się domyślić, przy tak ogromnych odległościach, wykluczone są obserwacje bezpośrednie. Ani Wolszczan, ani wielu jego następców, nigdy nie ujrzała obcych światów na własne oczy. Nie musieli, gdyż istnieje przynajmniej kilka okrężnych metod rejestrowania obiektów okrążających dalekie gwiazdy.

Pierwsza, z której korzystał sam Wolszczan, polega na szczegółowej analizie pozycji danej gwiazdy. Jeżeli gwiazda wygląda na “rozbujaną”, to najprawdopodobniej wynika to z wpływu grawitacyjnego okrążających ją planet, zwykle dość masywnych, choć zbyt ciemnych aby móc je zobaczyć. Metoda druga jest równie pomysłowa i opiera się na zjawisku tranzytu, czyli przejścia obiektu na tle danej gwiazdy. Analogiczny efekt mogliśmy samodzielnie podziwiać w 2012 roku, podczas przejścia Wenus na tle tarczy słonecznej. Co prawda, w przypadku ciał oddalonych o lata świetlne nie ujrzymy wyraźnych konturów egzoplanety, ale dostępne urządzenia są w stanie wyłapać czasowe osłabienie światła docierającego do nas z badanej gwiazdy. Zwłaszcza w przypadku dużych planet pozasłonecznych, tego typu regularne “zaćmienia”, pozostają dla astronomów wyjątkowo wartościowymi poszlakami. Trzecia metodę opracował inny polski astronom, Bohdan Paczyński. Oparł ją o efekt soczewkowania grawitacyjnego, do wykorzystania, którego wymagane są dwie gwiazdy: gwiazda “soczewkująca” potencjalnie posiadająca planetę oraz druga, leżąca w prostej linii za nią. Grawitacja pierwszej gwiazdy zadziała jak soczewka, wzmacniająca światło tej drugiej. W tym przypadku, jeśli gwiazda “soczewkująca” posiada jakiekolwiek planety przysłaniające jej tarczę, zakłócenia są stosunkowo łatwe do wychwycenia. Mikrosoczewkowanie sprawdza się szczególnie dobrze w przypadku mniej masywnych planet, w tym obiektów ziemiopodobnych. (Ale o szczegółach tych, oraz mniej popularnych metod, zapewne napiszę jeszcze w przyszłości).

3. Niektóre widzieliśmy na własne oczy

Gwiazda Fomalhaut posiada egzoplanetę
Gwiazda Fomalhaut i planeta Dagon (oznaczana też jako Fomalhaut b).
Gwiazda HR8799 i jej układ planetarny.

Jeśli posługiwanie się niezbyt efektowną astrometrią, tranzytem lub innymi metodami pośrednimi, wzbudziło w was rozczarowanie – przychodzę z pocieszeniem. W 2008 roku po raz pierwszy udało się, w sposób całkowicie bezpośredni, sfotografować planetę pozasłoneczną. Gazowy olbrzym Dagon (bo tak go nazwano) obiega odległą  o 25 lat świetlnych gwiazdę Fomalhaut. Rzecz jasna, nie uzyskaliśmy zdjęcia, z jakiego z powodzeniem moglibyście zrobić elegancką tapetę na pulpit, lecz jedynie obraz pełen rozpikselowanych punktów. Mimo to, astronomowie postawili ważny krok, który zaowocował bezpośrednim ustrzeleniem kolejnych egzoplanet. Szczególnie udana wydaje się fotografia całego układu, należącego do gwiazdy zmiennej HR8799. Zaangażowanie hawajskich teleskopów Kecka i LBT oraz interferometru LBTI, pozwoliło na bardzo wyraźne uchwycenie czterech planet. Świetna jakość, zważywszy na dystans wynoszący jakieś 1200 bilionów kilometrów.

Jak na razie, nasza kolekcja sfotografowanych układów, liczy niecałe trzydzieści sztuk. Więcej na ten temat przeczytacie w jednym z poprzednich tekstów.

4. Tatooine istnieje naprawdę

Niektóre globy pozasłoneczne są bardzo intrygujące

Ponad połowa gwiazd – w odróżnieniu od Słońca – pozostaje uwikłana w układy podwójne, potrójne lub większe. W żadnym wypadku nie wyklucza to procesów planetotwórczych, jednak statystycznie gwiazdy wielokrotne częściej bywają pozbawione układów planetarnych niż gwiazdy pojedyncze. Niemniej, to te pierwsze znacznie lepiej działają na wyobraźnie, zarówno laików jak i autorów science-fiction.

Wśród gwiazd podwójnych wyróżniamy tzw. planetarne układy okołogłówne oraz układy okołopodwójne. W przypadku tych pierwszych, gwiazdy znajdują się od siebie stosunkowo daleko i każda może posiadać własne planety. Zarówno obserwacje astronomów jak i symulacje wskazują, że w tej konfiguracji, ewentualne układy są raczej skromne a same planety muszą okrążać swoją gwiazdę po bardzo ciasnej orbicie. Bardziej inspirujące wydają się planetarne układy okołopodwójne, pieszczotliwe zwane też – ku uciesze fanatyków Gwiezdnych Wojen – układami Tatooine. Mamy z nimi do czynienia gdy gwiazdy tańczą ze sobą bardzo blisko, tworząc wspólne centrum dla obiegających je planet. Wyobraźcie sobie zniewalający widok horyzontu, okraszony wschodem dwóch lub trzech słońc…

5. Przybywa kandydatek na Ziemię 2.0

Szukamy nowej Ziemi
Ziemia w zestawieniu z wizualizacją planety Kepler 452b.

Jak ustaliliśmy, planety pozasłoneczne w samej Drodze Mlecznej można liczyć w miliardach. Nie oznacza to niestety, że w każdym lub prawie każdym układzie znajdują się bliźniaczki Ziemi. Od razu uczulam, iż określenie “ziemiopodobna” nie oznacza wcale “identyczna z Ziemią”. Chodzi o obiekty posiadające dwa zestawy cech, upodabniające je do naszej Błękitnej Kropki. Po pierwsze musi być to planeta skalista, wyposażona w wodę i dość gęstą atmosferę, dodatkowo najlepiej czynna tektonicznie. Po drugie, siostrzany glob powinien leżeć w ekosferze, czyli optymalnej odległości od gwiazdy, pozwalającej na utrzymanie wody w stanie ciekłym. Glob obdarzony tymi pryncypialnymi walorami, mógłby w dalekiej przyszłości posłużyć do kolonizacji, bądź przynajmniej zasiania na nim prostego życia.

Jeszcze całkiem niedawno, sądzono że Ziemia stanowi prawdziwy rarytas w skali kosmosu i obawiano się, że tak przyjaznych światów możemy nie spotkać przez całe dziesięciolecia. Jednak w tym przypadku, astronomowie przeżyli kolejne miłe zaskoczenie. Worek z planetami siostrzanymi rozwiązał się na dobre w 2014 roku, co przyniosło nam do chwili obecnej około dziesięciu kandydatek na Ziemię w wersji 2.0. Chyba największe nadzieje budzą Kepler 452b, którego odkrycie NASA ogłosiła na konferencji latem 2015 roku, oraz poznana rok później Proxima b, obiegająca bliską nam Proximę Centauri. Oba obiekty są nieco większe od Ziemi, mogą posiadać wodę w stanie ciekłym i krążą wokół spokojnych, gwiezdnych karłów. Niestety wciąż daleko im do ideału: Proxima b może mieć bardzo długą dobę (niewykluczone, że na jednej stronie ciągle panuje dzień, a na drugiej noc) i przyjmuje o wiele więcej groźnego promieniowania od swojej gwiazdy; z kolei na powierzchni Keplera 452b panuje silne przyciąganie, a sama planeta leży aż 1400 lat świetlnych stąd. Jak wspomniałem: ziemiopodobna wcale nie oznacza gościnna dla ludzi.

Jeśli wierzyć świeżym przekazom NASA, w układzie TRAPPIST-1 dostrzeżono siedem planet, spośród których aż trzy cieszą się pobytem w ekosferze. Dobra wiadomość, choć w zarejestrowanych planetach nie należy pokładać zbyt wielkiej wiary. Choć obiegają bardzo słabego i lekkiego czerwonego karła, robią to na tyle blisko aby pozostawać wystawionym na ichniejsze burze słoneczne, rozbłyski i promieniowanie alfa. Poza tym, prawdopodobnie globy zwrócone są ciągle jedną stroną do gwiazdy, co trudno brać za dobrą monetę. Mimo to, odkrycie pozostaje warte uwagi, przede wszystkim w perspektywie opracowywania kolejnych szacunków. Bo skoro w jednym układzie może zdarzyć się kilka bliźniaczek Ziemi, to w galaktyce musi ich być jeszcze więcej niż sądzono

Literatura uzupełniająca:
N. deGrasse Tyson, D. Goldsmith, Wielki początek. 14 miliardów lat kosmicznej ewolucji, przeł. P. Rączka, Warszawa 2004;
Countdown to Discovery of Alien Life: „10’s of Billions of Rocky Planets in Milky Way Habitable Zones”, [online: dailygalaxy.com/my_weblog/2012/04/countdown-to-discovery-of-alien-life-10s-of-billions-of-rocky-planets-in-milky-way-habitable-zones-e.html];
M. Wielgosz, TRAPPIST-1 – komentarz Węglowego, [online: http://weglowy.blogspot.com/2017/02/trappist-1-komentarz-weglowego.html];
Kepler-452b: Earth’s Bigger, Older Cousin — Briefing Materials, [online: nasa.gov/keplerbriefing0723];
F. Marchis, Kepler-16: Exoplanets around binary star systems do exist, [online: http://cosmicdiary.org/fmarchis/2011/09/15/kepler-16-exoplanets-around-binary-star-systems-do-exist/];
M. Cuk, Can double stars have planets? (Intermediate), [online: http://curious.astro.cornell.edu/about-us/77-the-universe/extrasolar-planets/general-questions/239-can-double-stars-have-planets-intermediate].
O tym jak foton może przekroczyć prędkość światła LIGO-Virgo i fale grawitacyjne – rozmowa z Adamem Kutynią Castle Bravo – bardzo pechowa eksplozja