Om ett solsystem är en familj, så lämnar vissa planeter hemmet tidigt. Oavsett om de vill eller inte. När de väl har lämnat sin familjs gravitationella omfamning är de i stort sett avsedda att driva genom det interstellära rymden för alltid, obundna till någon stjärna.
Astronomer tycker om att kalla dessa drifters 'skurkplaneter', och de blir bättre på att hitta dem. Ett team av astronomer har hittat en av dessa drivande skurkar som har ungefär samma massa som Mars eller jorden.
Att hitta något i rymden som inte avger något eget ljus är extremt utmanande. Men två organisationer gör just det. De är OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) samarbete och KMTN (Korean Microlensing Telescope Network) samarbete.
Nu har ett team av forskare från båda grupperna tillkännagett upptäckten av en skurk planet med låg massa. Det finns inga stjärnor i närheten, och dess avstånd från jorden är obekräftat. Teamet säger att det bevisar att mikrolinstekniken är effektiv för att hitta planeter med jordmassa som är fritt svävande i rymden.
En konstnärs illustration av en oseriös planet, mörk och mystisk. Bildkredit: NASA
Tidningen som presenterar denna upptäckt har titeln ' En jordisk massa oseriös planetkandidat upptäckt i den kortaste tidsskala mikrolinsning händelse .” Det finns 30 författare listade som bidragsgivare till detta arbete, och huvudförfattaren är Przemek Mróz, en postdoktor i astronomi vid Caltech. Tidningen finns tillgänglig på pre-press-sajten arxiv.org.
Astronomer tror att i ett solsystems tidiga dagar kommer några planeter med låg massa att kastas ut från stjärnans gravitationsgrepp. Saker och ting kan vara kaotiska under de tidiga dagarna, och gravitationsinteraktioner mellan stjärnan och alla planeter kan ibland skicka små planeter ut i rymden för att klara sig själva. 'Enligt teorier om planetbildning, såsom kärntillväxtteorin, bör typiska massor av utstötta planeter vara mellan 0,3 och 1,0 jordmassor', skriver författarna.
Att hitta dessa små kroppar i rymdens stora mörker kräver ett innovativt tillvägagångssätt: gravitationslinser.
Gravitationslinser kräver två saker: En avlägsen ljuskälla, vanligtvis en stjärna, och ett närmare föremål med tillräcklig massa för att fungera som en lins och för att böja ljuset från ljuskällan. I det här fallet fungerar lågmassaplaneten som linsen. Och beroende på hur mycket ljuset från den avlägsna stjärnan påverkas av förgrundsobjektet kan astronomer lära sig en hel del.
Den här animationen visar hur gravitationsmikrolinsning kan avslöja övärldar. När en osedd skurkplanet passerar framför en mer avlägsen stjärna från vår utsiktspunkt, böjs ljuset från stjärnan när den passerar genom den skeva rumtiden runt planeten. Planeten fungerar som ett kosmiskt förstoringsglas som förstärker bakgrundsstjärnans ljusstyrka. Kredit: NASA:s Goddard Space Flight Center/CI Lab
Ett relativt litet föremål som en planet med låg massa böjer inte mycket ljus, och inte för länge heller. I sin uppsats säger författarna 'Mikrolensningshändelser på grund av jordisk massa oseriösa planeter förväntas ha extremt liten vinkel Einstein radier (0,1 µas) och extremt korta tidsskalor (0,1 dag). Enligt författarna är detta den 'mest extrema korttidsskaliga mikrolinsen som hittills upptäckts.'
Under de senaste decennierna har kunskapen om exoplaneter exploderat. Vi känner nu till tusentals av dem, och vi förväntar oss att nästan varje stjärna är värd för planeter. All denna kunskap har lett till uppdaterade teorier och modeller för bildning av planeter och solsystem. Och de modellerna visar att det borde finnas många oseriösa planeter som kastades ut från deras system.
Teoretiskt arbete visar att det kan finnas miljarder eller till och med biljoner , av fritt flytande planeter i Vintergatan. I sitt arbete listar författarna hur dessa planeter kan bli föräldralösa: Planet-planet spridning ; dynamisk interaktion mellan gigantiska planeter som leder till orbital störning av mindre, inre planeter; interaktioner mellan stjärnorna i binära eller trinära system och stjärnhopar; stjärnflyg förbi; och utvecklingen av värdstjärnan förbi huvudsekvens .
Konstnärs återgivning av en jordisk skurkplanet som närmar sig en stjärna. Kredit: Christine Pulliam (CfA)
Microlensing erbjuder en metod för att hitta dessa små oseriösa planeter. Men det är svårt. Det är inte så att de är så svaga som är problemet. Det är att mikrolinsningshändelserna för så här små kroppar är på en mycket kort tidsskala på grund av deras storlek. Den nyupptäckta planeten, som har fått namnet 'OGLE-2016-BLG-1928,' upptäcktes i en mikrolinsningshändelse som bara varade i 41,5 minuter. Det är inte mycket tid för detaljerad data att samlas in.
Endast fyra andra små oseriösa planeter som den här har hittats tidigare, var och en i en kort tidsskala mikrolins-händelse. Tillsammans ger dessa händelser 'starka bevis för en population av oseriösa planeter i Vintergatan', skriver författarna.
Forskarna stod inför en mängd svårigheter när de inte bara upptäcker denna händelse, utan även att fastställa att det verkligen var en planet.
'Som i fallet med andra korttidsskaliga mikrolinsningshändelser, kan vi inte utesluta närvaron av en avlägsen stjärnkompanjon', skriver de. De kunde utesluta alla stjärnkamrater till ett avstånd av endast 8 AU. Men många planeter kretsar runt sina stjärnor på mycket större avstånd än så.
Denna planet hittades också '...i utkanten av nuvarande gränser för att upptäcka korttidsskaliga mikrolinsningshändelser', säger tidningen. Författarna säger att detta påpekar hur svårt sökandet efter dessa händelser är. Händelsen upptäcktes med relativt få datapunkter också: endast 15. (11 var från OGLE och 4 var från KMTN.)
Det lilla antalet datapunkter i detekteringen betyder att 'den fallande delen av ljuskurvan inte är helt täckt med observationer.' Detta databrist betyder att det finns en viss osäkerhet kring arten av mikrolinsningshändelsen, och viss osäkerhet kring att det faktiskt är en planet. En del av den osäkerheten härrör från själva bakgrundsstjärnan.
Denna siffra från studien visar stjärnan som fungerade som ljuskällan i händelsen med mikrolinser. Röda prickar markerar röda jättestjärnor i den galaktiska utbuktningen, och blå prickar representerar huvudsekvensstjärnor i den galaktiska skivan. Gaia-data indikerar att källstjärnan är en röd jätte i den galaktiska utbuktningen. Bildkredit: Mroz et al, 2020.
'Källstjärnan är belägen i den röda jättegrenen i färg-magnitudediagrammet, och vissa jättar är kända för att producera stjärnbloss', skriver författarna. Kan de definitivt utesluta stjärnflammor som orsaken till händelsen, snarare än en oseriös planet?
'Men egenskaperna för händelsen (dess varaktighet, amplitud och
ljuskurvans form) stämmer inte överens med de för utvidgade stjärnor.' avslutar de.
Men även med osäkerheterna är denna upptäckt fortfarande viktig. 'Därför är linsen en av de bästa kandidaterna för en jordisk massa oseriös planet som hittills upptäckts', skriver de. Även om deras massmätning för objektet är något ambivalent, är de andra egenskaperna för händelsen '...överensstämmer med att linsen är ett objekt under jordmassan utan någon stjärnkompanjon upp till det projicerade avståndet på cirka 8 au från planeten.'
Rogue planeter har nästan noll potential för att hysa liv, så de kanske aldrig blir det intensiva studieområdet på samma sätt som exoplaneter har blivit. Men de är fortfarande spännande, och som allt annat har de ledtrådar till hur naturen fungerar.
I framtiden kommer Nancy Grace romerska rymdteleskop kommer att hjälpa till i sökandet efter oseriösa planeter. Den har mycket på sin tallrik för sitt uppdrag, inklusive några enorma ämnen som mörk energi, och några efterlängtade uppgifter som att avbilda exoplaneter och få spektra av deras atmosfärer.
Men en del av dess jobb är också att hitta fritt svävande oseriösa planeter lika liten som Mars. Det ultrakraftfulla rymdteleskopet kommer att genomföra en stor mikrolinsundersökning för att hitta fler av dessa planeter. Dess resultat kommer att hjälpa oss att bättre förstå hur vårt eget solsystem står sig till andras.
'När vår syn på universum har expanderat har vi insett att vårt solsystem kan vara ovanligt', säger Samson Johnson, doktorand vid Ohio State University i Columbus, i en pressmeddelande . 'Roman kommer att hjälpa oss att lära oss mer om hur vi passar in i det kosmiska schemat genom att studera oseriösa planeter.'
Mer:
- Ny forskning: En jordisk massa oseriös planetkandidat upptäckt i den kortaste tidsskala mikrolinsning händelse
- Universum idag: Det kan finnas fler oseriösa planeter än stjärnor i Vintergatan. Så här hittar Nancy Grace dem
- Universum idag: Planetariska massobjekt upptäckta i andra galaxer