Astronaujiena. Paukščių takas kupinas planetų

Planetų, besisukančių aplink kitas žvaigždes, paieškos – viena iš jauniausių ir turbūt įdomiausių astrofizikos atšakų. Ir plačiąją visuomenę tokie dalykai domina labiau, nei visokios galaktikų evoliucijos ar juodosios skylės. Taigi dauguma pranešimų apie egzoplanetas sulaukia nemenko žiniasklaidos dėmesio, kartais gal net ir per daug. Tad kai šiandien naujienose (ir lietuviškai, ir angliškai) perskaičiau, jog mokslininkai nustatė, kad Paukščių take yra 160 milijardų planetų, nusprendžiau pasiaiškinti daugiau. Šį tą išsiaiškinau ir pasidalinsiu su jumis.

Tyrimas, kurio rezultatai skelbiami žiniasklaidoje, yra PLANET (Probing Lensing Anomalies Network; Lęšiavimo anomalijų tyrimo tinklo) ir OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment; Optinio gravitacinio lęšiavimo eksperimento) dalis. Šių dviejų projektų metu yra stebima daugybė žvaigždžių, tikintis aptikti labai retus gravitacinio lęšiavimo požymius, kurie matomi tik tada, kai dvi žvaigždės išsirikiuoja beveik tiksliai vienoje linijoje su Žeme. Pamačius, kad kuri nors žvaigždė taip sušvito, ta kryptimi iškart nukreipiami teleskopai, kurie nustato labai tikslią šviesio priklausomybę nuo laiko (vadinamąją šviesos kreivę). Jei lęšiuojanti žvaigždė (ta, kuri arčiau mūsų) neturi planetų, kreivėje bus matyti tik vienas tolimos žvaigždės sušvitimas ir išblėsimas. Tačiau jei planeta aplink lęšiuojančią žvaigždę visgi sukasi, greta pagrindinio sušvitimo bus matomas ir dar vienas, susidarantis tuo metu, kai tarp tolimos žvaigždės ir mūsų praslinks pati planeta. Tikimybė, kad taip įvyks, yra tuo didesnė, kuo masyvesnė planeta, bet nelabai priklauso nuo atstumo tarp žvaigždės ir planetos. Bet kuriuo atveju ji labai maža – daugeliu atvejų neviršija keleto procentų; įvertinus, jog gravitacinio lęšiavimo tikimybė bet kuriuo metu apskritai yra maždaug vienas iš milijono, tikimybė pamatyti planetą – labai nedidelė.

 

Tikimybė aptikti planetą (procentais, ant linijų grafike), jei ji ten yra, priklausomai nuo atstumo iki žvaigždės ir planetos masės. Duomenys perskaičiuoti būtent toms žvaigždėms, kurios buvo stebimos OGLE projekte 2002-2007 metų laikotarpiu. Raidės žymi Saulės sistemos planetų padėtis, taškai su paklaidų linijomis – gravitacinio lęšiavimo būdų aptiktas planetas (OGLE radiniai, kuriais remiantis atliktas ir šitas tyrimas, pažymėti geltonais taškais). Paimta iš Cassan et al. 2012.

Žinant tą tikimybę, galima ją palyginti su stebėjimų duomenimis ir atlikti statistinę analizę, kiek planetų turėtų būti iš viso. Per šešetą metų, nuo 2002-ųjų iki 2007-ųjų metų, aptikta kiek daugiau nei dešimt planetų. Deja, ne visų jų stebėjimai atitiko griežtus kriterijus, kurių reikia statistinei analizei (pvz. žvaigždė stebėta per mažą laiko tarpą), taigi atmetus blogus atvejus, liko tik trys radiniai (paveiksliuke pažymėti geltonais taškais). Tai – keturis kartus už Jupiterį masyvesnė gigantė, penktadalio Jupiterio masės „Neptūno pusseserė“ ir pusšešto karto už mūsų planetą masyvesnė Superžemė.

Ką gero galima padaryti, turint vos trijų planetų duomenis? Turint omeny, kad apie kiekvieną planetą žinoma truputį daugiau, nei tik jos masė, šį bei tą apskaičiuoti įmanoma. Svarbus dydis yra masės paklaida, nes jis faktiškai praplečia kiekvienos planetos masės vertę iki viso paklaidų ribojamo ruožo. Žinant, kokia tikimybė gravitacinio lęšiavimo būdu per šešetą metų aptikti konkrečios masės planetą ir žinant, kad tokios masės planeta aptikta tik viena, galima nustatyti, kaip dažnai žvaigždės turėtų turėti tokios masės planetų. Turint netgi trijų dydžių planetas ir statistiškai įvertinus jų kiekius Galaktikoje, galima daryti tam tikras išvadas apie planetų dydžių pasiskirstymą ir palyginti jį su analogiškais rezultatais, gautais kitų tyrimų metu.

Straipsnyje pateikiami du pagrindiniai rezultatai. Pirmasis, padarytas remiantis visomis vienuolika gravitacinio lęšiavimo būdu aptiktų planetų – mažų planetų yra santykinai daugiau, nei buvo nustatyta remiantis planetų tranzitų stebėjimais. Turint omeny, kad abu metodai yra jautresni didesnės masės planetoms, šis rezultatas gali būti tiesiog matavimų paklaidų pasėkmė, tačiau taip pat gali būti ir realaus skirtumo vaizdinys. Pavyzdžiui, gravitacinio lęšiavimo būdu aptinkamos planetos šiek tiek toliau nuo žvaigždžių, nei stebint tranzitus, taigi pirmuoju būdu nematomi „karštieji Jupiteriai“ – labai didelės masės planetos, esančios ypatingai arti savo žvaigždės. Visgi aptikus daugiau planetų šitas rezultatas dar bus tikslinamas ir gali priartėti prie kitais tyrimais gautų verčių.

Antras tyrimo rezultatas yra tas, apie kurį rašo žiniasklaida. Apskaičiavus planetų kiekius, reikalingus trijų ilgai stebėtų žvaigždžių planetų aptikimams paaiškinti, nustatyta, jog maždaug kas penkta žvaigždė turėtų turėti po „Jupiterį“, kas antra – po „Neptūną“, o du trečdaliai – po „Superžemę“. Pridėjus iš pasiskirstymo funkcijos spėjamą planetų skaičių tuose ruožuose, kuriuose kol kas planetų aptikti nepavyko, mokslininkai įvertino, jog vidutiniškai vienai žvaigždei tenka po kiek daugiau nei pusantros planetos. Nors šio skaičiaus tikslumas nėra labai didelis, paklaidų ribos yra tarp 0,7 ir 2,3 planetų vienai žvaigždei. Taigi net ir blogiausiu atveju tyrimo rezultatai teigia, kad planetų skaičius Galaktikoje yra artimas žvaigždžių skaičiui; geriausiu atveju planetų yra netgi dvigubai daugiau, nei žvaigždžių.

Kokias išvadas galima padaryti iš šitų rezultatų? Visų pirma, tai yra dar vienas planetų kiekio Galaktikoje įvertinimas. Beveik prieš metus Keplerio teleskopo komanda, paskelbusi apie tūkstančio naujų planetų atradimą suskaičiavo, kad planetų turėtų būti maždaug pusė tiek, kiek žvaigždžių. Dabartiniai rezultatai yra dar optimistiškesni, tačiau nebūtinai teisingesni; visgi padaryti su gerokai mažiau duomenų. Tačiau jie suteikia daugiau svorio argumentui, jog planetos aplink kitas žvaigždes – ne išimtis, o taisyklė. Mano nuomone, tai labai šaunu.

Laiqualasse

9 comments

    1. Visai gali būti, kad gana unikali. Nors jei vidutiniškai vienai žvaigždei tenka pusantros planetos, tai užtenka, kad trys ketvirčiai žvaigždžių būtų be planetų (tai įmanoma, jei įvertiname masyvių neilgaamžių žvaigždžių, galinių žvaigždinės evoliucijos stadijų ir panašių objektų, prie kurių planetų greičiausiai yra nedaug arba išvis nėra, kiekius), ir vidutinė planetinė sistema jau susideda iš 6 planetų. Ne taip ir toli nuo Saulės sistemos aštuonių.

      1. Labai įdomus straipsnis. Beje, gal galėtumėte paaiškinti tariamus planetų pavadinimus: „Neptūno pusseserė“, „Superžemė“. Taip įvardijamos planetos dėl jų panašumo su mūsiškėmis, ar panašaus nuotolio, per kurį jos nutolusios nuo savo žvaigždių?

        1. Egzoplanetos pusiau-populiariai (nors mokslinėje literatūroje irgi) vadinamos maždaug taip:
          – Superžemės: uolinės už Žemę didesnės planetos; masė neviršija ~10 Žemės masių, nes, kaip manoma, didesnės planetos uolinės tikrai negalėtų būti.
          – Neptūnai: tarpinės tarp uolinių ir dujinių (pagal tankį) planetų, kurių masė yra nuo keleto iki kelių dešimčių Žemės masių.
          – Jupiteriai: dujinės planetos, kurių masė prasideda nuo maždaug šimto Žemės masių.

          Dar būna „karštieji Jupiteriai“ – tai tokie Jupiteriai, kurie skrieja labai arti savo žvaigždės (arčiau, nei Merkurijus prie Saulės), dėl to jų temperatūra labai aukšta.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *