Lyhyessä välähdyksessä, joka on tallennettu lamppuun LinnunrataTähtitiede on ottanut harppauksen, joka vielä äskettäin kuulosti tieteiskirjallisuudelta: nyt se on ensimmäistä kertaa saavutettu. mittaa massa ja etäisyys suoraan planeetasta, joka vaeltaa ilman tähteä ja jonka massa on hyvin samanlainen kuin SaturnusTämä maailma, jonka koodeilla on KMT-2024-BLG-0792 ja OGLE-2024-BLG-0516 tunniste, kulkee yksin tähtienvälisessä avaruudessa lähes ... 10.000 valovuotta maasta.
Löytö, joka julkaistiin lehdessä tiedeTämä on ollut mahdollista kirurgisen koordinoinnin ansiosta maanpäälliset observatoriot ja Euroopan avaruusteleskooppi GaiaTämä yhteinen ponnistus on mahdollistanut ensimmäistä kertaa erittäin tarkan punnitsemisen pienimassainen roistoplaneettavahvistaen, että kyseessä on selvästi planetaarinen kohde eikä ruskea kääpiö tai epäonnistunut tähti.
Mikä on roistoplaneetta ja miksi tämä tapaus on erityinen?
Puhelut vapaasti kelluvat tai vaeltavat planeetat Ne ovat planeettamassaisia kappaleita, jotka eivät kierrä mitään tähteä. Sen sijaan, että ne seuraisivat vakaata rataa auringon ympäri, ne liikkuvat galaksin läpi ainoastaan auringonsäteiden ohjaamina. globaali painovoima ja aiemmat kohtaamiset muiden massiivisten kappaleiden kanssa. Teorian mukaan niitä voisi olla erittäin runsaasti Maan pinnalla jo vuosikymmeniä. Linnunrata, kenties jopa lukuisampia kuin itse tähdet.
Tässä nimenomaisessa tapauksessa analyysit osoittavat, että välähdyksestä vastuussa oleva kohde on planeetta, jolla on 0,219 kertaa Jupiterin massa, käytännössä sama kuin SaturnusTuo luku sulkee helposti pois hyvin himmeän tähden tai ruskean kääpiön kategorian. Tutkijat väittävät, että todennäköisintä on, että syntynyt "normaalissa" planeettajärjestelmässä, tähden ympäri, ja joka myöhemmin sinkoutui tähtienväliseen avaruuteen voimakkaiden gravitaatiovuorovaikutusten seurauksena.
Nämä karkotusprosessit voivat johtua jättiläisplaneettojen väliset gravitaatiotörmäyksetTämä voi johtua epävakaan seurantähden läsnäolosta tai toisen tähden läheisestä ohituksesta galaksin tiheillä alueilla. Tuloksena on maailma, joka menettää kiertoradallaan olevan "kotinsa" ja päätyy... kosminen kulkuri, matkustaen yksin miljardeja vuosia.
Jotkut mallit viittaavat myös siihen, että tietyt harhaplaneetat voisivat muodostua eristyksissä romahtamalla kaasu- ja pölypilviäSe muistuttaa tähteä, mutta siltä puuttuu ydinfuusion käynnistämiseen tarvittava massa. Kohteen Saturnuksen kaltainen massa ja ominaisuudet sopivat kuitenkin paremmin skenaarioon, jossa planeetta sinkoutui ulos kotijärjestelmästään kuin miniatyyritähtien muodostumisen kanssa.
Aiemmat tutkimukset ovat jo viitanneet siihen, että tähdettömiä maailmoja voi olla lukuisia, mutta tähän asti arviot niiden massasta ovat olleet hyvin epäsuoria. Tämä löytö osoittaa vankan datan avulla, että Roistoplaneettojen populaatiossa on tyypillisesti planeettaesineitä, syntyivät protoplanetaarisilla kiekoilla ja karkotettiin myöhemmin syvälle avaruuteen.
Gravitaatiomikrolinssi: näkymättömän näkeminen
Planeetan, joka ei lähetä valoa eikä siihen liity tähteä, havaitseminen on lähtökohtaisesti lähes mahdoton tehtävä. Avain piilee siinä, että hyödynnetään gravitaatiomikrolinssi, Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian ennustama vaikutus: kun massiivinen kappale kulkee suoraan kaukaisen tähden editse, sen painovoima kaartaa valon kulkua ja toimii eräänlaisena kosmisena suurennuslasina.
Maasta käsin tuo vaikutus ilmenee seuraavasti: tilapäinen kirkkauden lisääntyminen taustatähdestä. Jos edessä kulkeva kohde on planeetta, välähdys on yleensä lyhyt ja kestää usein vain muutaman tunnin tai pari päivää. Siksi verkot, kuten OGLE (optinen gravitaatiolinssikoe) ja korealainen KMTNet Ne seuraavat jatkuvasti ja usein miljoonia tähtiä kohti Linnunradan keskustaa.
Tähän Saturnuksen massaiseen planeettaan liittyvä tapahtuma havaittiin Toukokuuta 3 2024 noiden kyselyiden vuoksi, jotka luokittelivat hänet KMT-2024-BLG-0792 y OGLE-2024-BLG-0516He havaitsivat ohimenevän kirkkauden lisääntymisen punainen jättiläinen, joka sijaitsee galaktisessa pullistumassa, joka syntyy, kun planeetta ylittää kyseisen tähden ja näkölinjamme.
Valokäyrän yksityiskohtainen analyysi viittasi jo siihen, että vastuussa oleva kohde oli massa selvästi pienempi kuin JupiterinMutta se ei riittänyt sen painon tarkkaan määrittämiseen. Mikrolinssien suurin perinteinen rajoitus on, että ne eivät yksinään mahdollista yksiselitteistä määritystä etäisyys kohteeseenJa ilman tunnettua etäisyyttä massa sotkeutuu matemaattiseen rappeutumiseen.
Tämän esteen murtamiseksi oli tarpeen lisätä toinen havainnointiin liittyvä tekijä: saman mikrolinssitapahtuman mittaaminen kaksi pistettä hyvin kaukana toisistaan avaruudessa ja vertaa äärimmäisen yksityiskohtaisesti hetkeä, jolloin kirkkaus saavutti maksiminsa kussakin paikassa. Tätä aikaeroa kutsutaan mikrolinssin parallaksi.
Gaia "toisena kamerana" avaruudessa
Siinä kohtaa avaruusteleskooppi astuu kuvaan. Gaiatehtävä Euroopan avaruusjärjestö (ESA) Alun perin suunniteltu kartoittamaan yli miljardi tähteä Linnunradassa erittäin tarkasti. Vaikka sen ensisijainen tavoite ei ollut etsiä harhaplaneettoja, sen etuoikeutettu asema avaruudessa Hän teki siitä täydellisen kumppanin tähän luonnolliseen kokeeseen.
Gaia asetettiin kiertoradalle Lagrangen piste L2 Aurinko-Maa-järjestelmästä noin 1,5 miljoonaa kilometriä planeetaltamme. Sieltä hän tarkkaili jatkuvasti taivasta ja tallensi tähtien sijainnit, kirkkauden ja liikkeet ennennäkemättömällä tarkkuudella. Yli vuosikymmenen aikana hän on muuttanut täysin tapamme nähdä galaksimme rakenne.
Muutaman lyhyen ikkunan aikana 48 tuntia Vilpillisen planeetan mikrolinssitapahtuman aikana useat epätodennäköiset tekijät osuivat kohdalleen: Gaia skannasi juuri tuota taivaan aluetta, ja lisäksi se teki sen erityisen suotuisa kiertoradan konfiguraatiomikä mahdollisti hänen havaita kyseistä tähteä kuusi kertaa noin 16 tunnissa, hyvin lähellä suurennushuippua.
Samaan aikaan maanpäälliset verkot OGLE ja KMTNet He seurasivat samaa salamaa observatorioista Chile, Etelä-Afrikka ja AustraliaKun tutkijat vertailivat tietoja, he havaitsivat, että valo saavutti maksiminsa Gaialla lähes kaksi tuntia myöhemmin kuin Maassa. Tuo pieni ero yhdistettynä tapahtuman yksityiskohtaiseen mallintamiseen oli avainasemassa laskettaessa mikrolinssin parallaksi.
Mittaamalla parallaksin joukkue pystyi paikantamaan erittäin tarkasti etäisyys vaeltavaan planeettaan: noin 3 050 parsekkiaEli noin 9 950 valovuotta galaksin keskustaa kohti. Kun etäisyys on nyt määritetty, sama valokäyrä antoi massan: suunnilleen 22 % Jupiterin massastakäytännössä identtinen Saturnuksen kanssa. Se on ensimmäinen kerta, kun näin puhdas mittaus on saavutettu pienimassainen vapaasti kelluva planeetta.
Kansainvälinen projekti, jolla on vahva eurooppalainen painotus
Tämän tuloksen taustalla on laaja kansainvälinen yhteistyö, johon osallistuu erityisesti tutkimuskeskuksia. Aasia, Eurooppa ja YhdysvallatTutkimusta johtaa Subo Dong, tähtitieteen laitokselta Pekingin yliopisto, ja sisältää joukkueita Kavlin tähtitieteen ja astrofysiikan instituutti, Korean tähtitieteen ja avaruustieteen instituutti, Varsovan yliopisto ja Cambridge University, Muun muassa.
Euroopan puolella rooli Puola ja OGLE-projekti Se on ollut perustavanlaatuista. Tähtitieteellisestä observatoriosta Varsovan yliopisto, ryhmä, jota johti Andrzej Udalski Se on seurannut galaktisen keskustan aluetta vuosien ajan etsien mikrolinssi-ilmiöitä. Sen data yhdistettynä KMTNetin ja Gaian dataan on mahdollistanut tiedemiesten muuttaa vain tunteja kestävän välähdyksen... tarkka kuvaus vaeltavasta planeetasta.
Tutkijoita maista, kuten Iso-Britannia, Saksa, Israel, Sveitsi ja Yhdysvallattoiminnasta vastaavien konsortioiden lisäksi Gaia ESA:lle. Eri mantereilla sijaitsevien asemien välinen yhteistyö on ollut olennaista tavoitteen saavuttamiseksi. lähes jatkuva peitto tapahtumasta
Kansainväliselle medialle antamissaan lausunnoissa Subo Dong korosti, että suurin vaikeus oli "voittaa aikaa”, koska mikrolinssitapahtuma kesti vain noin kaksi päivää. Hän selitti, että yhdistelmäpoikkeuksellinen onni"—että Gaia etsi juuri sieltä mistä sitä tarvittiin—ja maahavaintotutkimusten sinnikkyys on mahdollistanut sen, mitä tähän asti pidettiin käytännössä saavuttamattomana."
Toinen kirjoittajista, Przemek MrózVarsovan yliopiston tähtitieteen observatorion tutkija korosti, että tulos antaa "vahvan sysäyksen" tulevia intensiivisiä kampanjoita omistettu tämäntyyppisille kohteille. Kokemus osoittaa, että Maan ja avaruuden väliset koordinoidut havainnot eivät ole ainoastaan mahdollisia, vaan niistä voi tulla standardityökalu tutkimustyössä planeetat ilman tähteä.
Mitä tämä planeetta kertoo meille tähdettömien maailmojen väestöstä?
Ennen tätä työtä tähtitieteilijät epäilivät jo, että vaeltavat planeetat Niitä voi olla hyvin paljon. Jotkin tutkimukset ovat osoittaneet, että näiden kappaleiden kokonaismäärä voi yhtä suuri tai jopa parempi kuin tähdet Linnunradassa. Suorien massamittausten puute kuitenkin vaikeutti sen selvittämistä, olivatko havaitut ehdokkaat itse asiassa planeettoja vai joissakin tapauksissa tähden kaltaisia kohteita.
Tämän planeetan mittaus Saturnuksen massa Se rikkoo tuon esteen: se todistaa, että ainakin jotkut OGLE:n, KMTNetin ja muiden ohjelmien havaitsemista lyhyistä välähdyksistä vastaavat planeettamassaiset maailmat sinkoutuvat pois järjestelmistääneikä vain planeettojen ja tähtien välisiin välikappaleisiin. Se on vankka jalansija arvioille siitä, kuinka monta "vaeltajaa" täyttää tähtienvälisen avaruuden.
Jos mallit pitävät paikkansa, Linnunrata voisi olla kansalainen triljoonia vaeltavia planeettojaHiljaisina ja kylminä ne ylittävät tähtien välisen pimeyden. Joillakin voi olla paksu ilmakehä tai sisäisiä lämmönlähteitä; toiset voivat olla ikuiseen yöhön vajonneita jäisiä palloja. Tällä hetkellä voimme havaita niistä vain pienen murto-osan, kun niiden kohdistus taustatähteen on riittävän täydellinen.
Tämän tyyppinen planeetta tarjoaa myös tärkeää tietoa planeettajärjestelmien dynamiikkaJokainen sinkoutunut planeetta on jälki väkivaltaisista prosesseista, joita tapahtui järjestelmän elinkaaren ensimmäisten miljoonien vuosien aikana: kaasujättiläisten vaelluksista, kiertoratoja horjuttavista resonansseista, läheisistä kohtaamisista naapuritähtien kanssa... Rekonstruoimalla vaeltajien populaation tähtitieteilijät voivat rekonstruoida muodostumisen ja evoluution historia meidän kaltaisista järjestelmistä.
Euroopan kontekstissa tulos vahvistaa ESAn ja sen kumppaneiden asemaa keskeisinä toimijoina. eksoplaneettatiede ja roistomaailmatToista suurta tehtävää varten suunniteltu Gaia on päätynyt keskeiseen osaan kehittyvällä alalla, jolla on pian uusia avaruusteleskooppeja, joita käyttävät sekä eurooppalaiset että muut avaruusvallat.
Tulevien tehtävien rooli: Roman, Earth 2.0 ja sen jälkeen
KMT-2024-BLG-0792 / OGLE-2024-BLG-0516 -tapaus tulee juuri samaan aikaan, kun tähtitieteellinen yhteisö valmistautuu uuden sukupolven instrumentteihin, jotka on suurelta osin omistettu planeettojen etsintä mikrolinssin avulla. Niistä erottuu mm Nancy Gracen roomalainen avaruusteleskooppi NASA:lta, jonka laukaisu on suunniteltu vuosikymmenen jälkipuoliskolle.
Roman aikoo suorittaa laajamittaisia mikrolinssitutkimuksia, joiden herkkyys ja havaintoaste ovat huomattavasti nykymenetelmiä paremmat. Simulaatiot viittaavat siihen, että se voisi havaita satoja tai tuhansia harhaplaneettojamukaan lukien Maan massaisia kohteita, ja mitata niiden jakautumista ennennäkemättömällä tarkkuudella. Euroopalle tämä tehtävä on ihanteellinen täydennys Gaian datalle ja muille projekteille, kuten Euclid.
Tätä ponnistelua täydentää kiinalainen satelliitti. Maan 2.0jonka lanseerauksen odotetaan olevan noin vuonna 2028 ja joka myös pyrkii eksoplaneetat ja tähdettömät maailmat käyttäen muun muassa gravitaatiomikrolinssiä. Tutkijat toivovat koordinoivansa Maasta tehtäviä havaintoja – tulevaisuuden laitteiden, kuten Vera Rubinin observatorio— ja näistä avaruuslennoista maksimoidakseen tällaisten Saturnuksen massaisen planeetan kaltaisten tapahtumien havaitsemisen.
Käynnissä olevat tehtävät, kuten itse tehtävä ESAn Gaiaja muut tulevina vuosina käyttöön otettavat luettelot tuottavat yhä laajempia, minkä ansiosta voimme siirtyä erityiset havainnot yksityiskohtaisiin tilastollisiin tutkimuksiin. Ajatuksena on vastata peruskysymyksiin: kuinka monta harhaplaneettaa on olemassa, mitkä massavälit ovat yleisimpiä, miten ne jakautuvat galaksissa ja mitä ne kertovat meille planeettojen muodostumisen rajuudesta ja luovuudesta?
Tutkimuksen tekijöiden mukaan tämä on Tämä on ensimmäinen kerta, kun harhaplaneettaa on mitattu mikrolinssiparallaksin avulla. niin selkeästi. Sen menestys rohkaisee monia ryhmiä suunnittelemaan koordinoituja kampanjoita maanpäällisten teleskooppien ja Romanin tai Earth 2.0:n kaltaisten operaatioiden välillä tavoitteena muuttaa nyt poikkeuksellinen havainto... rutiinikäyttötekniikka.
Kaikki viittaa tähän pieneen välähdykseen, jonka planeetta on aiheuttanut Saturnuksen kaltainen massa Lähes 10 000 valovuoden päässä Maasta sijaitseva havainto merkitsee käännekohtaa: se todistaa, että se on mahdollista punnita ja paikanna tarkasti yksin matkustavat maailmat Käyttämällä samanaikaisia havaintoja Maan pinnalta ja avaruudesta se avaa oven tulevaisuuteen, jossa meillä on todellinen galaksin väestö harhaplaneetoista. Tämä on avainasemassa ymmärtäessämme, miten planeettajärjestelmät muodostuvat, hajoavat ja kehittyvät Linnunradassa.
