Kopuła, w której znajduje się polski teleskop na wysokości 2400 metrów, Las Campanas Observatory, Chile

W roku 1992 rozpoczęła się pierwsza faza polskiego długoskalowego projektu obserwacyjnego OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment), którego głównym celem było poszukiwanie zjawisk mikrosoczewkowania. Metoda ta została rozwinięta i upowszechniona przez profesora Bohdana Paczyńskiego. Pomysł opiera się na efekcie, które przewidział Albert Einstein. Jeśli światło odległej gwiazdy lub galaktyki przechodzi w pobliżu obiektu o dużej masie to silna grawitacja odchyla promienie i skupia je jak soczewka. Na Ziemi widoczne jest pojaśnienie gwiazdy. Metoda ta wykorzystywana jest to znajdowania tak zwanej ciemnej materii.

Polski teleskop

W pierwszych kilku latach działania projektu OGLE zaobserwowano kilkanaście przypadków mikrosoczewkowania grawitacyjnego. W ten sposób została potwierdzona idea profesora Paczyńskiego, dotycząca istnienia mikrosoczewek. W celu zwiększenia możliwości obserwacyjnych konieczne było zbudowanie teleskopu dedykowanego specjalnie do tego celu. Teleskop taki o średnicy 1,3 metra, powstał w latach 1995-96 w obserwatorium Las Campanas w Chile. Jego instrumentarium skonstruowano specjalnie pod kątem potrzeb projektu OGLE. To miejsce lubiane jest przez astronomów ze względu na klimat i ukształtowanie terenu. Powietrze jest czyste i przejrzyste, nic nie przeszkadza więc w obserwacjach nieba.
Lokalizacja teleskopu w obserwatorium Las Campanas stwarza dogodne warunki do obserwacji mikrosoczewkowania grawitacyjnego. Specyfika tego projektu wymaga obserwacji gęstych pól gwiazdowych, a przy tego typu badaniach kluczową rolę odgrywa zdolność rozdzielcza teleskopu.

Bohdan Paczyński Urodził się w 1940 r. w Wilnie. Studiował i doktoryzował się na Uniwersytecie Warszawskim. Obecnie jest związany z Uniwersytetem w Princeton. Światowy rozgłos przyniosły mu prace nad błyskami gamma. Jako jeden z pierwszych zauważył, że te tajemnicze błyski pochodzą spoza naszej Galaktyki. W połowie lat osiemdziesiątych wpadł na pomysł, jak wyśledzić drobne, nieświecące gwiazdy, czarne dziury i planety, które mogą stanowić sporą część tzw. ciemnej materii. Ta metoda nazywa się mikrosoczewkowaniem grawitacyjnym. Jest współtwórcą nowej fotometrycznej metody poszukiwania pozasłonecznych planet.

W 2002 roku w ramach projektu OGLE III polscy astronomowie opracowali nową metodę fotometryczną, dzięki której można szybko odkryć nowe obiekty planetopodobne. Metoda poszukiwań zastosowana przez Polaków jest prosta, tania, szybka i masowa. Do tej pory astronomowie wybierali sobie konkretną gwiazdę, mierzyli jej ruch i sprawdzali czy nie ulega on zakłóceniu wskutek grawitacyjnego popychania towarzyszącej planety. Polacy zdecydowali się na coś zupełnie innego. Jednoczesne obserwowanie wielu gwiazd i wyłapywanie niezwykle subtelnych zmian w ich jasności.
Badania subtelnych wahań siły światła wymagają od teleskopu ogromnej precyzji. Przez wiele tygodni trzeba co dzień przyglądać się temu samemu wycinkowi nieba i porównywać otrzymywane obrazy. Nie byłoby to możliwe bez nowoczesnych technik cyfrowych. Tradycyjne metody utrwalania obrazu na kliszach fotograficznych byłyby w tym przypadku bezużyteczne.
Teleskop optyczny Las Campanas Observatory nasi astronomowie uzupełnili o rejestrujące obraz urządzenie, podobne do tych, jakie znajdują się w cyfrowych aparatach fotograficznych, zwane matrycą CCD. Od kuzynów z masowej elektroniki różnią ją parametry. Po pierwsze, imponująca rozdzielczość - 8192x8192 piksele, po drugie, wysoka czułość pozwalająca na rozpoznanie ponad 65 tysięcy odcieni szarości. Zmiany jasności obserwowanych obiektów są tak małe, że w budynku, w którym znajdował się teleskop, trzeba było zastosować specjalny system wentylacji, pozwalający na utrzymanie stałej temperatury. Trzeba było też wyeliminować wszystkie źródła ciepła, w tym ludzi. Astronomowie sterują zwierciadłem z budynku odległego o 15 metrów, choć oprogramowanie jest tak elastyczne, że teoretycznie można by to robić z dowolnego miejsca na świecie, po prostu przez Internet.

Strzałką zaznaczono gwiazdę z gorącą planetą w gwiazdozbiorze Kila

Metodę fotometryczną masowego odkrywania planet opracowali: prof. Andrzej Udalski, kierownik projektu OGLE, prof. Marcin Kubiak, dr Michał Szymański z Instytutu Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego oraz prof. Bohdan Paczyński, pracujący na Uniwersytecie Princeton.
W ciągu kilku lat zbadano miliony gwiazd, a dla wielu tysięcy precyzyjnie zmierzono wahania jasności. Na podstawie badań typuje się kandydatów na układy planetarne. Inne zespoły astronomów prowadzą obserwacje kandydatów i następuje weryfikacja. Takie przyćmienia gwiazd mogą być wywołane albo przez planety o rozmiarach mniej więcej Jowisza, albo przez brązowe karły lub też przez czerwone karły. Niestety tą metodą można odkryć jedynie planety olbrzymy.
W pięciu przypadkach okazało się, że są to bardzo gorące planety. Pierwszą wykryto na początku 2004 roku, drugą szwajcarsko-francuska grupa astronomów, a w maju 2004 roku grupa astrofizyków pod kierunkiem dr Macieja Konackiego z California Institute of Technology odkryła kolejną planetę w gwiazdozbiorze Kila. Planeta ta jest rozmiaru Jowisza i krąży tak blisko swej macierzystej gwiazdy, że pełny obieg wokół niej trwa ledwie 34 godzin. Temperatura wynosi około dwóch tysięcy stopni. Nie ma ona więc chmur z metanu czy amoniaku, jak w atmosferze naszego Jowisza. Mogą tworzyć się tam obłoki ze skroplonego tlenku glinu lub żelaza. W sumie metodą fotometryczną polscy astronomowie odkryli pięć planet pozasłonecznych.

---

Metoda poszukiwania nowych planet pozasłonecznych wykorzystująca mikrosoczewkowanie grawitacyjne

Metodę mikrosoczewkowania grawitacyjnego polscy astronomowie postanowili użyć do znajdowania planet pozasłonecznych. Jeśli światło z jakiegoś obiektu przejdzie w pobliżu ciała o dużej masie np. gwizdy to następuje zakrzywienie światła tak jak w soczewce i obiekt widać jaśniej. Należy uważnie śledzić blask gwiazd w naszej Galaktyce i czekać na ich nagłe pojaśnienia, które oznaczałyby, że na drodze ich światła do Ziemi stanęła jakaś gwiezdna soczewka. Jeśli zaś tej "soczewce" towarzyszy planeta, to zniekształci jej działanie i zamiast jednego wzmocnienia będzie drugie ale dużo słabsze, co widać na czerwonym wykresie. Ta metoda wymaga cierpliwości. Trzeba stale obserwować miliony gwiazd, czekać, aż jedna z nich przesłoni drugą i mieć nadzieję, że będzie w tym zdarzeniu uczestniczyła planeta. Projektem kieruje profesor Andrzej Udalski, a konsultantem jest Bogdan Paczyński, twórca metody.
Polacy korzystają z teleskopu w Obserwatorium Las Campanas w Chile. Każdej pogodnej nocy obserwują ponad 170 mln gwiazd w Centrum Galaktyki (gdzie jest ich szczególnie dużo), a dodatkowe 33 mln w orbitujących dookoła naszej Galaktyki Wielkim i Małym Obłoku Magellana. Kiedy któreś z tych licznych słońc staje się soczewką i skupia na Ziemi promienie odległej gwiazdy, Polacy alarmują astronomów w obserwatoriach na całym świecie. Od tego momentu zjawisko jest intensywnie monitorowane przy użyciu sieci teleskopów znajdujących się na trzech kontynentach umożliwiających 24-godzinne nieprzerwane obserwacje. W przypadku planety wielkości Jowisza, cały efekt trwać może kilka dni, ale dla małych, ziemskich planet tylko kilka godzin.
Jest to dziś jedyny sposób na znalezienie we Wszechświecie skalistej planety o rozmiarze porównywalnym z Ziemią, krążącej w podobnej odległości od Słońca. Dotychczasowe obserwacje innymi metodami ograniczone były do bliskiego sąsiedztwa Układu Słonecznego, a ponadto sprzyjały wykrywaniu tylko dużych planet znajdujących się dość blisko swej gwiazdy.

Gwiazda w Strzelcu na zdjęciu z lewej jest niewidoczna bez soczewkowania i z prawej podczas soczewkowania

Pierwszą planetę metodą mikrosoczewkowania polski zespół w ramach projektu OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) przy współpracy z nowozelandzko-japońskim MOA (Microlensing Observations in Astrophysics) odkrył w 2004 roku w gwiazdozbiorze Strzelca, odległą o 17 tysięcy lat świetlnych. Jest półtora razy cięższa od Jowisza i krąży wokół czerwonego karła w konstelacji Strzelca. Planeta ta znajduje się trzy razy dalej od gwiazdy niż Ziemia od Słońca.
17 marca 2005 roku Polacy zaobserwowali kolejne soczewkowanie. Natychmiast poinformowali o odkryciu innych astronomów. W obserwacje włączył się m.in. amerykański zespół MicroFUN i międzynarodowe grupy MOA i Planet. W ciągu miesiąca blask gwiazdy wzrósł ponad stukrotnie. 18 i 21 kwietnia 2005 roku zaobserwowano strzeliste piki w obrazie gwiazdy, spowodowane przez planetę wielkości naszego Jowisza. Jest to więc druga planeta wykryta metodą soczewkowania.

Artystyczna wizja układu planetarnego OGLE-06-109L

W 2006 roku zespół OGLE we współpracy z innymi ośrodkami odkrył (wyniki badań opublikowano w lutym 2008 roku) pozasłoneczny układ planetarny znajdujący się prawie 5000 lat świetlnych od Ziemi wokół gwiazdy OGLE-2006-BLG-109L (OGLE-06-109L) w gwiazdozbiorze Strzelca. Centralnym obiektem układu jest gwiazda mająca połowę masy Słońca. Jest ona 20-krotnie ciemniejsza od naszej gwiazdy a jej powierzchnia osiąga temperaturę około 3700°C (4000K). Wokół OGLE-06-109L krążą przynajmniej dwie planety - OGLE-2006-BLG-109L b i OGLE-2006-BLG-109L c. Odległość lżejszej planety o masie 0,27 masy Jowisza od gwiazdy macierzystej jest dwa razy większa niż odległość planety cięższej o masie 0,71 masy Jowisza. Obie planety są gazowymi olbrzymami, których orbity i względne rozmiary przypominają Jowisza i Saturna w Układzie Słonecznym, tylko w mniejszej skali. W wewnętrznej części układu mogą krążyć mniejsze planety, w tym być może skaliste, których jeszcze nie dostrzeżono.
Układ ten jest trzynastym odkrytym przez polskich naukowców, pracujących w programie OGLE.

Zdjęcia pochodzą ze strony: http://ogle.astrouw.edu.pl/ogle3/blg235-53.html i serwisu naukowego Gazety Wyborczej.

Artystyczna wizja planety OGLE-2005-BLG-390

11 lipca 2005 roku automatyczny system wykrywający zjawiska mikrosoczewkowania powiadomił o ciekawym obiekcie oznaczonym OGLE- 2005-BLG-390. Do obserwacji od razu dołączyły się inne projekty: PLANET i MOA, pozwalając na 24-godzinne nieprzerwane obserwacje, a przez to na zarejestrowanie całej krzywej zmian blasku.
10 sierpnia 2005 roku pod koniec zjawiska mikrosoczewkowania, nastąpiło niespodziewane pojaśnienie obiektu. Początkowa faza pojaśnienia została zaobserwowana przez grupę PLANET i OGLE za pomocą teleskopów w Chile. Jednak główna jego faza mogła być obserwowana wyłącznie z obszaru nad Oceanem Spokojnym i Australią. Dzięki pomiarom grupy PLANET, mającej również w Australii swoje teleskopy, została ona dobrze zarejestrowana. Dodatkowe obserwacje wykonał też w Nowej Zelandii japońsko-nowozelandzki zespół MOA, potwierdzając pojaśnienie, spowodowane odchyłką planetarną. Na charakterystyczną, dzwonowatą krzywą, związaną z mikrosoczewkowaniem przez gwiazdę, nałożone są dwa wysokie piki spowodowane przez planetę. Jest to więc trzeci obiekt wykryty metodą mikrosoczewowania (do dziś potwierdzono wykrycie pięć planet metodą mikrosoczewkowania przez OGLE).
Planeta oznaczona jako OGLE-2005-BLG-390 ma masę około 5,5 masy Ziemi. Błąd wyznaczenia jest duży, bo tak naprawdę masa ta może zawierać się w zakresie od około 3 do 11 mas Ziemi. Ważne jest jednak to, że jest to na pewno obiekt mniejszy od naszego Neptuna. Planeta obiega swoją gwiazdę macierzystą, która jest chłodnym czerwonym karłem o masie 0,22 masy Słońca 2,6 razy dalej niż Ziemia Słońce, ma budowę lodowo-skalną, a szacowana temperatura wynosi -220°C. To pierwszy tak mały obiekt poza Układem Słonecznym, krążący tak daleko od swojej macierzystej gwiazdy. Do tego to najdalej położona ze wszystkich znanych do tej pory planet, jej odległość wynosi 20 tysięcy lat świetlnych od Ziemi.
Materiały opracowano na podstawie internetowych informacji zamieszczonych w serwisie naukowym Gazety Wyborczej i serwisie naukowym portalu Onet.

---

« Poprzednia  Następna »