Artystyczna wizja planety krążącej blisko swojej macierzystej gwiazdy

Pierwszą planetę pozasłoneczną krążącą wokół pulsara PSR B1257+12 odkrył w 1991 roku polski astronom Aleksander Wolszczan. Pierwszą planetę krążącą wokół normalnej gwiazdy czyli gwiazdy ciągu głównego odkryto w 1995 roku. Krąży ona bardzo blisko gwiazdy 51 Pegasi i jest nieco większa niż połowa masy Jowisza.
Na początku planety wykrywano metodą obserwacji zmian spektroskopowych gwiazd. Śledząc obraz światła gwiazdy po rozłożeniu na poszczególne długości fali obserwowano zmiany długości poszczególnych linii (zjawisko Dopplera). Poruszająca się pod wpływem przyciągania obiegających ją planet wysyła do nas światło o lekko zmieniającym się kolorze. Badania spektroskopowe tego światła pozwalają obliczyć liczbę, rozmiary i orbity dalekich planet. Astronomowie projektują po prostu modele całego układu i sprawdzają, który najlepiej wyjaśnia rejestrowane zmiany światła gwiazdy.
W 1999 roku dwie grupy amerykańskich astronomów zaczynają wykorzystywać nową metodą fotometryczną, polegającą na pomiarze zmiany jasności gwiazdy podczas przechodzenia planet przez tarczę gwiazdy planet, czyli obserwacji gwiazd lekko przyćmiewanych przez przechodzące na ich tle planety (jest to metoda tranzytów). Słabością tych metod jest jednak ograniczony zakres zastosowania. Żeby planeta wyraźnie zaburzała ruch swojej gwiazdy, musi być albo bardzo masywna (taka jak Jowisz), albo krążyć bardzo blisko względnie niewielkiej gwiazdy. Metodą spektroskopową znajduje się planety do około 400 lat świetlnych, a metodą zaćmień do 3 tysięcy lat świetlnych, natomiast dalsze planety można wykrywać, stosowaną od niedawna przez polskich astronomów metoda mikrosoczewkowania grawitacyjnego.
Obecnie znamy już ponad 300 układów z planetami pozasłonecznymi (w tym 38 systemy wielokrotne, z więcej niż jedną planetą), w sumie ponad 350 planet. Najbliższa planeta krąży wokół gwiazdy Epsilon Eridani odległej od nas o 10,5 lat świetnych. Jest ona 1,5 raza większa od masy naszego Jowisza i porusza się po dość eliptycznej orbicie o okresie obiegu 6,9 lat. Najdalsza planeta znajduje się w odległości 20 tysięcy lat świetlnych.
Większość z planet nie przypomina jednak tego, co obserwujemy w naszym Układzie Słonecznym, w którym duże gazowe planety krążą po kołowych orbitach daleko od Słońca. Nowe układy zawierają bardzo często planety masywniejsze od Saturna lub Jowisza, krążące bliżej swoich słońc niż Merkury. Drugi typ planet, znacznie mniej liczny, to małe planety, najprawdopodobniej skaliste, należące do typu odkrytego przez Aleksandra Wolszczana. Dopiero w 2004 roku odkryto planety pozasłoneczne podobne do Neptuna o masie od 10 do 20 mas Ziemi (znajdują się one bardzo blisko swoich gwiazd). Odkrycie to mówi nam, że we wszechświecie, tak jak w naszym Układzie Słonecznym, obserwujemy wszystkie typy planet.
Wykryto również planety krążące wokół brązowych karłów.


41 lat świetlnych od Ziemi znajduje się system planetarny bardzo podobny do naszego. Pierwsza zlokalizowana w nim planeta krąży wokół gwiazdy 55 Cancri po podobnej orbicie i ze zbliżoną prędkością jak Jowisz wokół Słońca. Dotychczas wszystkie inne planety odkryte poza naszym systemem, mają ciaśniejsze orbity. Okres obiegu wykrytej planety wynosi 13 lat podczas gdy Jowisza 11,86. Również odległość nowej planety jest zbliżona do odległości Jowisza od Słońca. Największa różnica jest taka, że Jowisz jest pięć razy mniejszy.
Gwiazda ta ma jeszcze trzy inne planety ale leżące bardzo bliskie swojej gwiazdy. Druga odkryta w 1996 roku znajduje się w odległości tylko jednej dziesiątej odległości Ziemię od Słońca, natomiast czwarta planeta jest pięćdziesiąt razy bliżej od 55 Cancri niż Ziemia od Słońca, a pełen obieg zajmuje tej planecie niespełna trzy dni.
W lipcu 2003 roku wokół gwiazdy HD70642, po orbicie niewiele ciaśniejszej od orbity Jowisza, odkryto krążącą gazową planetę. Nowo odkryta planeta jest dwa razy masywniejsza od Jowisza i porusza się po kołowej orbicie o promieniu 494 milionów kilometrów. Pełen obieg zajmuje jej sześć lat. Dla porównania, Jowisz obiega Słońce raz na 12 lat po orbicie o promieniu 778 milionów kilometrów. Gwiazda HD70642 znajdująca się w odległości 90 lat świetlnych od nas i świeci w gwiazdozbiorze Rufy. Można stwierdzić, że układ HD70642, ze wszystkich odkrytych dotychczas, najbardziej przypomina nasz Układ Słoneczny.
Podobny do naszego jest układ planet krążących wokół pulsara PSR B1257+12. Jest to historyczny układ planetarny, bowiem tam po raz pierwszy Aleksander Wolszczan wykrył w 1992 roku planetę pozasłoneczną. Nieco później wykrył dwie kolejne, a w 2005 roku poinformowano o odkryciu czwartej planety. Wszystkie cztery planety są skaliste. Orbity pierwszych trzech planet w Układzie Słonecznym, zmniejszone dwukrotnie, prawie idealnie pokrywają się z orbitami planet wokół pulsara. Najnowsza planeta (czy może planetoida) znajduje się tam, gdzie w naszym układzie byłby Jowisz. Masa nowej, czwartej planety wynosi w przybliżeniu tyle, ile jedna piąta masy Plutona, naszej najmniejszej planety.

Artystyczna czwartej planety układu Gliese 581. Niebieskawa planeta pośrodku to planeta "d", najbliżej gwiazdy znajdziemy planetę "b", w samym centrum obrazka widać w oddali planetę "c".

Wokół gwiazdy Gliese 581, będącej czerwonym karłem o masie 3 razy mniejszej niż nasze Słońce, święcącej około 75 razy słabiej i będącej w odległości 21 lat świetlnych, krążą cztery planety.
Planeta Gliese "b" odkryta w 2005 roku ma masie 16 razy większej niż Ziemia. W 2007 roku odkryto dwie gwiazdy; Gliese "c" mająca masę tylko 5 razy większa niż Ziemia i Gliese "d" o masie 7 razy większej niż Ziemia. W 2009 roku odkryto czwartą planetę "e" O masie zaledwie 1,9 masy Ziemi. Jest to najmniejsza odkryta planeta krążąca wokół gwiazdy będącej na ciągu głównym. Wykryto mniejsze planety, ale krążą one wokół gwiazdy neutronowej, będącej końcowym etapem życia gwiazdy wyraźnie masywniejszej od Słońca.
Nowa planeta obiega swoją gwiazdę macierzystą w ciągu 3,15 dni i najprawdopodobniej jest równy okresowi obrotu wokół własnej osi. Tak więc jej orbita jest mała (jej promień jest 15 razy mniejszy od orbity ziemskiej). Na oświetlonej półkuli temperatura wynosi 250°C, natomiast na ciemnej -250°C. Masa nowej planety sugeruje, że jest to planeta skalista, ale na razie nie ma na to bezpośrednich dowodów.


W 2003 roku po raz pierwszy zaobserwowano planetę wokół gwiazdy Iota Draconis wielkości podobnej do naszego Słońca lecz będącej czerwonym olbrzymem czyli w końcowym stadium ewolucji gwiazd. Daje nam to możliwość poznania przyszłości Układu Słonecznego. Gwiazda ta znajduje się w gwiazdozbiorze Smoka i jest widoczna gołym okiem. Odległa jest od nas o 100 lat świetlnych. Jest tylko nieznacznie masywniejsza od Słońca, ale znajduje się na późniejszym etapie ewolucyjnym. Jej wiek szacuje się na 7 miliardów lat, co świadczy o tym, że skończył się łączyć wodór w hel w jądrze i jest na etapie zwiększania swoich rozmiarów oraz jasności, przez co promieniuje aż 13 razy więcej energii niż Słońce. Jest to pierwszy dowód na to, że planety mogą występować wokół gwiazd typu czerwonego olbrzyma. Dalszy los planety jest jednak niepewny, bowiem Iota Draconis nie zakończyła jeszcze ewolucji na gałęzi czerwonych olbrzymów i cały czas powiększa swoje rozmiary.


Planetę z powłoką gazową spoza Układu Słonecznego zaobserwowano po raz pierwszy przez teleskop Hubble'a. Naukowcy z amerykańskiego centrum badań obcych atmosfer natrafili na warstwę azotu w górnych partiach atmosfery okrążającej gwiazdę HD 209458 z gwiazdozbioru Pegaza. Jest ona 220 razy cięższa od Ziemi i jej okres obrotu wynosi trzy i pół dnia i w pewnym momencie przechodzi przez tarczę swojej gwiazdy.
W 2004 roku zespół z Instytutu Astrofizyki w Paryżu po raz pierwszy dostrzegł tlen i węgiel (oprócz wodoru) w atmosferze tej planety. Wskazuje to na możliwość istnienia światów, w których panują warunki dla powstawania życia.
Niestety planeta ta jest zagrożona bliskością swej gwiazdy. Temperatura zewnętrznych warstw atmosfery sięga 1000°C, gaz się rozszerza i ucieka w przestrzeń kosmiczną. Planeta traci 10 tysięcy ton materii na sekundę i ciągnie za sobą wielki obłok gazu o rozmiarach 200 tysięcy km jak pokazano na rysunku. Niedługo zupełnie zostanie pozbawiona atmosfery lub może nawet wyparować i spłonąć we wnętrzu gwiazdy. Swobodne atomy tlenu i węgla znajdują się w jej odparowywanej otoczce. To zupełnie inna sytuacja niż w przypadku Jowisza i Saturna, gdzie tlen i węgiel związane w postaci związków chemicznych znajdują się w głębokich warstwach atmosfery planety.
Planeta HD 209458b ma już na swoim koncie kilka znaczących rekordów. Była jedną z pierwszych odkrytych planet poza Układem Słonecznym, była pierwszą, która przechodziła na tle swojej gwiazdy macierzystej przysłaniając jej blask, co pozwoliło wykryć ją także przy pomocy metody tranzytów, była pierwszą planetą pozasłoneczną, u której odkryto atmosferę, a także pierwszą, u której zaobserwowano odparowywanie wodoru z atmosfery. Dlatego HD 209458 jako pierwsza planeta pozasłoneczna uzyskała tymczasową nazwę - Ozyrys. Nazwa ta pochodzi od imienia egipskiego boga, którego brat o imieniu Seth zabił i pociął na kawałki, aby zapobiec jego powrotowi do życia.

Gromada kulista gwiazd M4

Znaleziono prastary układ planetarny, który liczy sobie niemal tyle lat, co cały Wszechświat. Znajduje się w kulistej gromadzie M4, gdzie w świetle obecnych teorii w ogóle nie powinno go być.
Gromada kulista M4 liczy ponad 13 mld lat. Znajduje się ona około 7,2 tysięcy lat świetlnych od Ziemi i składa się z 100 tys. wypalonych gwiazd. W 1988 roku znaleziono w M4 pulsara czyli szybko obracającą się gwiazdę neutronową. Pulsar ten zwany PSR B1620-26 dwa razy na rok spóźniał się i przyspieszał. Szybko ustalono, że przyczyną jest okrążająca go słaba, wypalona gwiazda - biały karzeł.
Kilka lat później jednak dokładniejsze pomiary wykazały, że oprócz białego karła coś jeszcze zakłóca regularne obroty

Artystyczny obraz z otoczenia odkrytej planety

pulsara. W pierwszej połowie 2003 roku zespół kierowany przez Steinna Sigurdssona z uniwersytetu stanowego Pensylwanii za pomocą teleskopu Hubble'a zdołał wyznaczyć dokładne cechy białego karła, który towarzyszy pulsarowi (tj. jego masę i płaszczyznę orbity). To zaś umożliwiło ustalenie parametrów podejrzanego, trzeciego towarzysza tego układu. I okazało się, że jest to obiekt o masie ledwie dwa i pół razy większej niż Jowisz, a więc zapewne podobna, wielka gazowa planeta, która okrąża białego karła i pulsara z częstością mniej więcej raz na stulecie.
Naukowcy odtworzyli prawdopodobne, dość zawikłane losy planety. Ich zdaniem narodziła się ona aż przed 13 mld laty przy normalnej, jasnej gwieździe na obrzeżach gromady M4, a potem

Gromada kulista 47 Tucanae. Z prawej jej fragment przebadany przez HST. Choć gromada jest podobna do M4 to nie znaleziono w niej planet.

wraz z macierzystą gwiazdą zawędrowała w samo centrum gromady. Tam zostały przechwycone przez pole grawitacyjne pulsara. Przez kolejne miliardy lat powoli większość gwiazd gromady M4 wypaliła się. Również macierzysta gwiazda, która najpierw jasno wschodziła nad planetą, przygasła i zamieniła karła.
Naukowcy zastanawiają się, jak to się stało, że narodziła się prawie trzy razy wcześniej niż Ziemia. Tym bardziej że spełzły na niczym poszukiwania planet przedsięwzięte wcześniej w podobnie starej gromadzie 47 Tucanae. Być może astronomowie będą musieli zmienić teorie narodzin planet. Skoro planeta zrodziła się tak wcześnie, skoro mogła przetrwać w tak nietypowym potrójnym układzie (takie konfiguracje uznawano za wysoce nieprawdopodobne), to znaczy, że planet w kosmosie musi być dużo więcej, niż do tej pory się zdawało.


Toruński astronom Maciej Konacki dokonał odkrycia planety krążącej w potrójnym układzie gwiazd. Układ w katalogach występuje pod nazwą HD 188753 i jest oddalony o 149 lat świetlnych od Ziemi. Jego centralnym składnikiem jest gwiazda nieco masywniejsza od naszego Słońca, którą co 26 lat obiegają dwie lżejsze gwiazdy. Przy tym te mniejsze gwiazdy tworzą ciasną parę krążącą wokół siebie z częstością raz na 156 dni.
Planeta, którą odkrył Konacki, towarzyszy centralnej gwieździe i jest trochę cięższa od Jowisza. Porusza się po bardzo ciasnej orbicie, czyli blisko gwiazdy, wskutek czego obiega ją niezwykle szybko (okres obiegu wynosi 3,3 dnia). Rok jest więc na niej bardzo krótki, a klimat nieznośnie gorący (temperatura na dziennej stronie przekracza 1000°C). Na niebie planety wędrują też dwie pozostałe gwiazdy (zawsze w parze), ale mają mniejsze tarcze i słabiej świecą, gdyż są dużo dalej. Jedna jest pomarańczowożółta, a druga - czerwona.
Do niedawna sądzono, że w układach wielokrotnych nie jest możliwe powstanie planety. Bo w rzeczywistej sytuacji, w układzie, w którym działają siły pochodzące od kilku gwiazd, musi być zbyt niespokojnie, by mogły się uformować planety. Symulacje komputerowe pokazały jednak, że w podwójnych układach istnieją stabilne orbity, po których planety mogą niezakłócone poruszać się przez miliardy lat. Przede wszystkim wtedy, kiedy

Pierwsze zdjęcie planety pozasłonecznej

gwiazdy orbitują w dość znacznej odległości od siebie. Wkrótce potem obserwacje to potwierdziły. Znaleziono już kilkanaście planet w układach podwójnych. Odkrycie Konackiego jest pierwszym przypadkiem istnienia planety w układzie potrójnym.
Opracowano na podstawie informacji zamieszczonych w serwisie naukowym Gazety Wyborczej


We wrześniu 2004 roku wykonano zdjęcie w podczerwieni brązowego karła 2M1207, odległego od nas o 230 lat świetlnych i masie nie przekraczającej 1/42 masy Słońca, czyli 25 mas Jowisza. Obok 2M1207 widać było tajemniczy obiekt. Pojawiła się hipoteza, że jest to planeta, ale mógł to być również jakiś przypadkowy obiekt. Ostatecznie w 2005 roku potwierdzono, że jest to planeta o pięciokrotnie większej masie niż Jowisz. Temperatura planety wynosi aż 1000°C. Świadczy to, że jest to obiekt stosunkowo młody (liczy tylko 8 mln lat), który jeszcze nie zdołał ostygnąć po uformowaniu się z obłoku międzygwiezdnego. Jest to więc pierwsze zdjęcie planety pozasłonecznej i pierwsza planeta krążąca wokół brązowego karła. Na dole rysunek pokazuje porównanie układu gwiazdy 2M1207 z Układem Słonecznym.
Opracowano na podstawie informacji zamieszczonej w nr 7/2005 Świata Nauki.

Wizja artystyczna pulsara z otaczającym go dyskiem protoplanetarnym

Kosmiczny teleskop Spitzera wykonując zdjęcia w podczerwieni, odkrył dysk protoplanetarny okrążający pulsara czyli gwiazdę neutronową, odległą od nas o 13 tysięcy lat świetlnych. Uczeni sądzą, że kiedyś mogą się z niego narodzić planety. Odkrycie to uzupełnia badania profesora Aleksandra Wolszczana, który w 1992 roku zaobserwował pierwszy układ planetarny poza naszym własnym. Są to co najmniej trzy planety (z czego dwa zbliżone rozmiarami do Ziemi) i prawdopodobnie kometa okrążająca innego pulsara. Astronomowie dziwili się wtedy, jak to możliwe, że gwiazda neutronowa ma swoje własne planety. Kiedy duża gwiazda (o masie 10-20 razy większej od naszego Słońca) wybucha i staje się supernową, wszystkie krążące wokół niej ciała niebieskie są dosłownie zmiatane. Teraz okazuje się, że mały i gęsty pulsar (obiekt stanowiący 1,4 masy naszego Słońca o średnicy mniejszej niż 20 kilometrów), który pozostał po takim właśnie wybuchu, najprawdopodobniej ponownie przyciągnął do siebie resztki materii. Być może z tego dysku narodzi się drugie pokolenie planet. Niestety życie na takich planetach krążących wokół pulsarów w formie podobnej do ziemskiego jest niemożliwe. Promieniowanie emitowane przez gwiazdy neutronowe jest zabójcze. Chyba, że wyobrazimy sobie istoty zupełnie odmienne od tych, które mieszkają na naszej planecie.
Opracowano na podstawie informacji zamieszczonych w serwisie naukowym Gazety Wyborczej

---

Graficzne przedstawienie planety HAT-P-1

W 2006 roku odkryto planetę nazwaną HAT-P-1, która ma największe rozmiary z dotychczasowo odkrytych. Jej średnica przewyższa średnicę Jowisza o około 1,76 raza. Gwiazda ta wchodzi w skład podwójnego układu gwiazd i znajduje się w gwiazdozbiorze Jaszczurki około 450 lat świetlnych od Ziemi. Znajduje się też niezwykle blisko swojej gwiazdy, w odległości równej jednej siódmej odległości pomiędzy naszym Słońcem a Merkurym, a obieg obiegu wynosi jedynie 4,5 naszego dnia. Jest też najmniej gęsta wśród znanych planet gdyż jej masa równa się jedynie połowie masy Jowisza. Jej gęstość jest cztery razy mniejsza niż gęstość wody. Jeśli więc wrzucilibyśmy ją do wanny z wodą to trzy czwarte pływałoby na wierzchu. Spowodowane jest to tym, że planeta ta nie posiada metalowego lub skalnego jądra. Jej duże wymiary mogą być efektem ciepła, jakie rozchodzi się z wnętrza planety. Naukowcy muszą jednak ustalić, jakie procesy mogą za to odpowiadać.
Opracowano na podstawie informacji zamieszczonych w serwisie naukowym Gazety Wyborczej.

---

« Poprzednia  Następna »