Pierwsze odkrycie egzoplanety wokół gwiazdy bardzo różnej od Słońca
Liczba odkrytych egzoplanet osiągnęła niedawno niesamowitą liczbę 5 000, jednak pierwszego odkrycia dokonano 30 lat temu. Były to planety krążące wokół pulsara, odkryte przez Aleksandra Wolszczana i Dale Fraila.
Wizja artystyczna pulsara PSR B1257+12 i jego planet. Źródło: NASA/JPL-Caltech.
Liczba odkrytych egzoplanet osiągnęła niedawno niesamowitą liczbę – 5 000, jednak pierwszego odkrycia dokonano zaledwie 30 lat temu. Nagroda Nobla z fizyki w 2019 roku została przyznana Michelowi Mayorowi i Didierowi Quelozowi za odkrycie w 1995 roku pierwszej znanej egzoplanety wokół gwiazdy podobnej do Słońca. Ale w 1992 roku Aleksander Wolszczan i Dale Frail odkryli parę planet wokół gwiazdy niepodobnej do Słońca: pulsara.
Znajdowanie planet pulsarowych
Ten pierwszy układ egzoplanet został odkryty przy użyciu metody obserwacji pulsarów. Pulsary to szybko rotujące gwiazdy neutronowe, które mogą okresowo emitować w kierunku Ziemi intensywne wiązki promieniowania w bardzo regularnym i precyzyjnym czasie. Kiedy planeta znajduje się na orbicie z gwiazdą, gwiazda okrąża również środek masy układu. To „chybotanie” może powodować okresowe zmiany w czasie między obserwowanymi pulsami. Ten ruch orbitalny jest również wykorzystywany w wykrywaniu egzoplanet metodą pomiaru prędkości radialnej.
PSR 1257+12
PSR 1257+12 (nazwany również Lich, przez Międzynarodową Unię Astronomiczną) jest pulsarem milisekundowym, szybko rotującą gwiazdą neutronową o okresie zaledwie 6,2 milisekundy! Autorzy zmierzyli czas przybycia 4040 impulsów z gwiazdy, zauważając niewielką okresową zmienność w czasach przybycia. Stwierdzili, że ta zmienność pokrywa się z kombinacją 2 okresów: 66,6 i 98,2 dni. Autorzy byli w stanie wykluczyć typowe przyczyny wahań okresów pulsarów: sejsmologia gwiazd neutronowych, pulsary podwójne zaćmieniowe, precesja osi obrotu i zjawiska magnetosferyczne. Pozostało tylko jedno prawdopodobne wyjaśnienie: pulsar ma dwóch towarzyszy o małej masie, którzy zakłócają jego ruch orbitalny.
Autorzy znaleźli również możliwe dowody na istnienie trzeciej planety na mniej więcej rocznej orbicie, ale nie mogli tego wtedy potwierdzić. Dwie odkryte planety znajdują się na orbitach podobnych do orbity Merkurego wokół Słońca i mają szacunkową masę kilka razy większą od masy Ziemi.
Uważa się, że pulsary milisekundowe, takie jak PSR 1257+12, powstają, gdy gwiazda neutronowa gromadzi materię ze swojego gwiezdnego towarzysza. Wydaje się mało prawdopodobne, aby planeta w takim układzie przetrwała, więc autorzy sugerują, że planety te są planetami „drugiej generacji”, które powstały w dysku akrecyjnym gwiazdy neutronowej.
Perspektywa, że planety mogą powstawać i istnieć wokół gwiazd neutronowych i w innych ekstremalnych środowiskach sprawiła, że poszukiwania egzoplanet stały się o wiele bardziej interesujące! Pole to nie jest ograniczone do żywych gwiazd; rozciąga się nawet na martwe i nieumarłe gwiazdy, które powinny były zniszczyć wszystko wokół siebie.
Planety pulsarowe dzisiaj
W obecnych konwencjach nazewnictwa te dwie planety nazywane są PSR B1257+12c i PSR B1257+12d, choć być może ich nazwy nadane przez Międzynarodową Unię Astronomiczną, Poltergeist i Phobetor, są bardziej zabawne. W 1994 roku w ramach dalszych badań odkryto trzecią planetę w układzie, PSR B1257 + 12 b (lub Draugr), planetę o masie Księżyca na orbicie 25,3 dnia.
Zanim odkryto te planety pulsarowe, w 1991 roku opublikowano artykuł o odkryciu pierwszej planety pulsarowej wokół PSR 1829-10, ale został on później wycofany. Po odkryciu planet PSR B1257+12, w 1995 roku odkryto pierwszą egzoplanetę wokół gwiazdy podobnej do Słońca, a większość badań nad egzoplanetami od tego czasu skupiła się na tych krążących wokół gwiazd ciągu głównego.
W listopadzie 2022 roku, archiwum egzoplanet NASA udokumentowało 7 potwierdzonych planet (w tym dwie pierwsze) odkrytych metodą zmiany czasu pulsara, z 5 190 potwierdzonych egzoplanet. Planety pulsarowe są rzadkie, przypuszczalnie z powodu niewiarygodnie trudnych środowisk tworzonych przez procesy ewolucji gwiazd, które prowadzą do powstawania pulsarów.
Jak więc te rzadkie planety znalazły się tam, gdzie się znalazły? Planety PSR B1257+12 prawdopodobnie uformowały się ze szczątkowego dysku pozostawionego przez towarzyszącego im białego karła. Inna planeta pulsarowa, PSR J1719-1438b, jest uważana za pozostałość (diamentową!) jądra białego karła, którego zewnętrzne warstwy zostały rozerwane przez pulsara. Jedna planeta pulsarowa, PSR B1620-26b, jest w rzeczywistości okrążającą układ podwójny pulsar–biały karzeł. Uważa się, że planeta uformowała się wokół protoplasty białego karła, gwiazdy ciągu głównego, zanim została przechwycona przez pulsara.
Wokół pulsara 4U 0142+61, który jest również silnie namagnesowaną gwiazdą neutronową, czyli magnetarem, odkryto dysk okołogwiazdowy. Pokazuje to, że materia pozostawiona po supernowych może pozwolić pulsarom bez towarzysza na formowanie nowych planet!
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
.jpg)
