Rogue jordmasseplanet opdaget svævende frit i Mælkevejen uden en stjerne

Hvis et solsystem er en familie, så går nogle planeter hjemmefra tidligt, om de vil eller ej. Når de har forladt deres families gravitationsfavnelse, de er stort set bestemt til at drive gennem det interstellare rum for evigt, ubundet til enhver stjerne.

Astronomer kan lide at kalde disse driftere "slyngelske planeter, " og de bliver bedre til at finde dem. Et hold astronomer har fundet en af ​​disse drivende slyngler, der har omtrent samme masse som Mars eller Jorden.

At finde noget i det dybe rum, der ikke udsender noget eget lys, er ekstremt udfordrende. Men to organisationer gør netop det. Det er Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE)-samarbejdet og Korean Microlensing Telescope Network (KMTN)-samarbejdet.

Nu, et hold videnskabsmænd fra begge grupper har annonceret opdagelsen af ​​en lavmasseplanet. Der er ingen stjerner i nærheden, og dens afstand fra Jorden er ubekræftet. Holdet siger, at det beviser, at mikrolinseteknikken er effektiv til at finde jordmasseplaneter, der er frit svævende i rummet.

Papiret, der præsenterer denne opdagelse, har titlen "En jordisk masse slyngelplanetkandidat opdaget i den korteste tidsskala mikrolinsehændelse." Der er 30 forfattere angivet som bidragydere til dette værk, og hovedforfatteren er Przemek Mróz, en postdoc i astronomi ved Caltech. Bladet er tilgængeligt på pre-press-siden arxiv.org.

Astronomer tror, ​​at i de tidlige dage af et solsystem, nogle lavmasseplaneter vil blive slynget ud af stjernens gravitationsgreb. Tingene kan være kaotiske i de tidlige dage, og gravitationsinteraktioner mellem stjernen og alle planeterne kan nogle gange sende små planeter ud i rummet for at klare sig selv. "Ifølge teorier om planetdannelse, såsom kernetilvækstteorien, typiske masser af udstødte planeter bør være mellem 0,3 og 1,0 jordmasser, " skriver forfatterne.

At finde disse små kroppe i rummets enorme mørke kræver en innovativ tilgang:gravitationslinser.

Gravitationslinser kræver to ting:En fjern lyskilde, normalt en stjerne, og et tættere objekt med nok masse til at fungere som en linse og til at bøje lyset fra lyskilden. I dette tilfælde, lavmasseplaneten fungerer som linsen. Og afhængigt af hvor meget lyset fra den fjerne stjerne påvirkes af objektet i forgrunden, astronomer kan lære en hel del.

Et relativt lille objekt som en lavmasseplanet bøjer ikke meget lys, og ikke for længe, enten. I deres papir, forfatterne siger, "Mikrolensebegivenheder på grund af slyngelplaneter med jordbaseret masse forventes at have ekstremt små kantede Einstein-radier (0,1 µas) og ekstremt korte tidsskalaer (0,1 dag)." Ifølge forfatterne, dette er den "mest ekstreme korttidsskala mikrolinse opdaget til dato."

I de sidste par årtier, viden om exoplaneter er eksploderet. Vi kender nu til tusindvis af dem, og vi forventer, at næsten hver eneste stjerne er vært for planeter. Al denne viden har ført til opdaterede teorier og modeller for planet- og solsystemdannelse. Og de modeller viser, at der burde være en masse slyngelplaneter, der blev slynget ud af deres systemer.

Teoretisk arbejde viser, at der kan være milliarder, eller endda billioner, af frit svævende planeter i Mælkevejen. I deres arbejde, forfatterne lister de måder, hvorpå disse planeter kan ende som forældreløse:Planet-planet-spredning; dynamiske interaktioner mellem gigantiske planeter, der fører til kredsløbsafbrydelse af mindre, indre planeter; interaktioner mellem stjernerne i binære eller trinære systemer og stjernehobe; stjernernes forbiflyvninger; og værtsstjernens udvikling forbi hovedsekvensen.

Microlensing tilbyder en metode til at finde disse små slyngelplaneter. Men det er svært. Det er ikke deres dunkelhed, der er problemet. Det er, at mikrolinsebegivenhederne for så små kroppe er på en meget kort tidsskala på grund af deres størrelse. Den nyopdagede planet, som har fået navnet "OGLE-2016-BLG-1928, " blev opdaget i en mikrolinsebegivenhed, der kun varede 41,5 minutter. Det er ikke meget tid til at indsamle detaljerede data.

Kun fire andre små slyngelplaneter som denne er blevet fundet før, hver enkelt i en kort tidsskala mikrolinsebegivenhed. Sammen, disse begivenheder giver "stærke beviser for en befolkning af slyngelplaneter i Mælkevejen, " skriver forfatterne.

Forskerne stod over for et væld af vanskeligheder med ikke kun at opdage denne begivenhed, men ved at fastslå, at det var, Ja, en planet.

"Som i tilfældet med andre mikrolinsebegivenheder med kort tidsskala, vi kan ikke udelukke tilstedeværelsen af ​​en fjern stjernekammerat, " skriver de. De var i stand til at udelukke enhver stjerneledsager til en afstand på kun 8 AU'er. Men mange planeter kredser om deres stjerner i meget større afstande end det.

Denne planet blev også fundet "...på kanten af ​​de nuværende grænser for detektering af korttids mikrolinsehændelser, " siger avisen. Forfatterne siger, at dette peger på vanskeligheden ved at søge efter sådanne begivenheder. Hændelsen blev opdaget med relativt få datapunkter, også:kun 15. (11 var fra OGLE og fire fra KMTN.)

Det lille antal datapunkter i detektionen betyder, at "den faldende del af lyskurven ikke er fuldt dækket med observationer." Denne datamangel betyder, at der er en vis usikkerhed omkring arten af ​​mikrolinsehændelsen, og en vis usikkerhed omkring det faktisk at være en planet. En del af den usikkerhed stammer fra selve baggrundsstjernen.

"Kildestjernen er placeret i den røde kæmpegren i farve-størrelsesdiagrammet, og nogle giganter er kendt for at producere stjerneblus, " skriver forfatterne. Kunne de endegyldigt udelukke stjerneudbrud som årsag til begivenheden, snarere end en slyngelplanet? "... begivenhedens egenskaber (dens varighed, amplitude, og lyskurveformen) svarer ikke til dem, der er for flammende stjerner." konkluderer de.

Men selv med usikkerheden, denne opdagelse er stadig vigtig. "Dermed, linsen er en af ​​de bedste kandidater til en jordisk masse slyngelplanet, der er opdaget til dato, " skriver de. Selvom deres massemåling for objektet er noget ambivalent, de andre egenskaber ved begivenheden er "... i overensstemmelse med, at linsen er et objekt af underjordisk masse uden stjerneledsager op til den projicerede afstand på omkring 8 au fra planeten."

Slyngelplaneter har næsten nul potentiale for at være vært for liv, så de bliver måske ikke et væsentligt studieområde som søgningen efter exoplaneter. Men de er stadig spændende, og som alt andet, de har ledetråde til, hvordan naturen fungerer.

I fremtiden, Nancy Grace Roman Space Telescope vil hjælpe med at søge efter slyngelplaneter. Den har meget på tallerkenen for sin mission, inklusive nogle enorme problemer som mørk energi, og nogle ivrigt ventede opgaver som at afbilde exoplaneter og få spektre af deres atmosfærer.

Men en del af dens opgave er også at finde fritsvævende slyngelplaneter så små som Mars. Det ultrakraftige rumteleskop vil gennemføre en stor mikrolinseundersøgelse for at finde flere af disse planeter. Dens resultater vil hjælpe os til bedre at forstå, hvordan vores eget solsystem klarer sig i forhold til andre.

"Efterhånden som vores syn på universet er blevet udvidet, vi har indset, at vores solsystem kan være usædvanligt, " sagde Samson Johnson, en kandidatstuderende ved Ohio State University i Columbus, i en pressemeddelelse. "Roman vil hjælpe os med at lære mere om, hvordan vi passer ind i tingenes kosmiske system ved at studere slyngelplaneter."