Sami v temi: skrivnost planetarnih sirot

Zgodba iz vesolja.

Nazaj

Že od malih nog si predstavljamo Sonce ter planete, ki krožijo okoli njega. Podobno razmišljamo tudi o izvensončnih planetih, navsezadnje smo jih več kot 5000 odkrili ravno z analizo svetlobe njihovih matičnih zvezd. Pa vendar astronomi že nekaj let odkrivajo telesa, ki ne ustrezajo tej zgodbi. Ta potujejo po Galaksiji povsem sama, njihovega neba pa ne razsvetljuje nobeno sonce. Tem planetarnim sirotam ponavadi pravimo kar tavajoči planeti. Njihov obstoj je sprožil val navdušenja med astronomi, saj bi njihovo število lahko preseglo tako število zvezd, kot tudi število »klasičnih« planetov v Rimski cesti.

Osamljeni planeti v vesolju

Skozi leta so tavajoči planeti prejeli različne vzdevke – npr. brezzvezdni planeti, prosto lebdeči planeti (»free-floating planets«, FFP) ali izolirani objekti z maso tipično za planete (»isolated, planetary mass objects«, iPMO). Pred letom 2000 so o njih razpravljali le kot o teoretični možnosti. Tistega leta pa sta dve skupini astronomov usmerili Britanski infrardeči teleskop (UKIRT) ter Keckova teleskopa proti znameniti zvezdni porodnišnici, Orionovi meglici, in na posnetkih so prvič zagledali telesa, velika kot planeti, ki pa niso bila gravitacijski vezana na nobeno zvezdo.

Animacija tavajočih planetov. Vir: J. Skowron/Warsaw University Observatory.

Od takrat so znanstveniki odkrili na stotine podobnih osamljenih svetov. V večini primerov so se poslužili dveh zelo različnih metod. Prva se imenuje neposredna fotografija in se uporablja za odkrivanje planetov v zvezdnih kopicah. Te namreč sestavlja veliko število gosto nagnetenih zvezd, ki skupaj osvetljujejo temna planetarna telesa, ki sama ne oddajajo elektromagnetnega sevanja. Majhen delež vpadne svetlobe z zvezd se od planetov odbije, kar omogoča, da se ti na astronomskih posnetkih pojavijo kot šibke pike.

Druga metoda se imenuje gravitacijsko (mikro)lečenje. Astronomi jo uporabljajo za odkrivanje različnih objektov, od planetov do galaksij. Ko se, gledano z Zemlje, poravnata tavajoči planet ter zvezda iz ozadja, planetov gravitacijski privlak ukrivi zvezdino svetlobo, kar povzroči, da je njena podoba na nekaterih astronomskih posnetkih popačena.

Rastoče število tavajočih planetov

Po začetnih uspehih se je vedno več skupin znanstvenikov lotilo iskanja tavajočih planetov, zaradi česar so se nova odkritja hitro kopičila. Eden bolj dramatičnih dogodkov se je zgodil decembra 2021, ko so astronomi objavili odkritje največje skupine tavajočih planetov do tedaj – kar 70 so jih zaznali v območju med Škorpijonom in Kačenoscem. Gre pravzaprav za planetarne dojenčke, saj se njihova starost giblje med le 3 in 10 milijoni let.

Morda najpomembnejše odkritje do danes pa je omogočil vesoljski teleskop James Webb (JWST) oktobra 2023, s katerim so v kopici Trapez v Orionovi meglici zaznali 540 kandidatov za tavajoče planete. Astronomi so bili povsem presenečeni, ko so ugotovili, da mnogi med njimi tvorijo široke dvojne planetarne sisteme, sestavljene iz dveh tavajočih planetov, ki krožita drug okoli drugega.

115 potencialni tavajočih planetov med ozvezdjama Škorpijon in Kačenosec. Vir: Wikipedia.

Od kod tavajoči planeti?

Obstaja več mehanizmov, ki vodijo do nastanka tavajočih planetov. Nekateri med njimi se rodijo podobno kot zvezde – s kolapsom plinastih medzvezdnih oblakov. Ta mehanizem omogoča nastanek objektov z zelo različnimi masami. Če njihova končna masa ne presega 13 kratnika Jupitrove mase, dobimo planete.

Drugi mehanizem je prisoten v ogromnih medzvezdnih oblakih, kjer hkrati nastaja veliko število zvezd. Nekatere izmed njih, še posebej tiste z veliko maso, hitro in močno zasijejo. Če se v njihovi bližini nahajajo drugi šele nastajajoči objekti, lahko zvezde s svojim intenzivnim sevanjem odpihnejo njihove zunanje sloje, zaradi česar ti ne postanejo zvezde, ampak veliko manjši planeti.

Najbolj dramatičen scenarij pa je ta, po katerem planeti nastanejo v planetarnih sistemih, a jih gravitacijske interakcije z drugimi telesi v sistemu ali z mimoidočimi zvezdami izstrelijo v medzvezdni prostor. Pravzaprav velja prepričanje, da po tem mehanizmu nastane večina tavajočih planetov.

Astronomi so z računalniškimi modeli ocenili, koliko planetov je na ta način izstreljenih iz planetarnih sistemov. Izkaže se, da več kot je planetov v sistemu, bolj kaotični postanejo. Sistemi z desetimi planeti jih lahko v prvi milijardi let izgubijo do 70 %.

Presenetljivo je, da verjetnost izstrelitve ni zelo odvisna od začetne lokacije planeta – tako notranji kot zunanji planeti so enako ogroženi.

Koliko je tavajočih planetov?

Nekatere študije kažejo, da bi tavajočih planetov lahko bilo več kot tistih, ki krožijo okoli zvezd. Bilo bi jih lahko tudi 20 krat več kot zvezd v Galaksiji. Glede na ocene, da Rimsko cesto sestavlja med 100 in 400 milijard zvezd, bi to pomenilo, da v njej morda tava kar 8 bilijonov planetov!

Večina naj bi imela mase podobne ali manjše od Zemljine, vendar smo do sedaj odkrili le take, ki so po velikosti podobni ali večji od Jupitra. Morda so ti svetovi prav tako raznoliki kot tisti, ki jih poznamo – nemara so med njimi kamniti svetovi, podobni Zemlji, ledena telesa kot Neptun, ali plinasti orjaki kot je Jupiter. Nekateri imajo morda hladna površja, vendar v notranjosti ohranjajo toploto še od njihovega nastanka ali zaradi radioaktivnega razpada, kar bi omogočalo obstoj podzemnih oceanov.

Prvi dvojni tavajoči planet 2MASS J1119–1137AB, odkrit s teleskopom Keck. Vir: Wikipedia.

Zaključek

Zemlja v svoji trenutni tirnici mirno biva že približno 4 milijarde let. Eden od uradnih pogojev za njeni status planeta je, glede na Mednarodno astronomsko zvezo, da je Zemlja s svoje orbite pometla ostala manjša telesa. Zdi se, da si je tako trajno zagotovila svoje mesto v Osončju. Vendar pa se poraja vprašanje: koliko planetov je nastalo hkrati z našim, pa jih je Zemlja izstrelila v kozmično praznino?

Tavajoči planeti v temi tiho drsijo skozi medzvezdni prostor. So dokaz kaotične in dinamične narave vesolja. Čeprav jih je ogromno, jih je težko odkriti. Morda nas bodo nekega dne celo obiskali. Si predstavljaš? Tuji planet, ki se neopaženo sprehaja po Osončju. Da bi ga našli, moramo še naprej gledati v temo.

Nadaljna čtiva za najbolj radovedne

1. M. R. Zapatero Osorio et al., Discovery of Young, Isolated Planetary Mass Objects in the σ Orionis Star Cluster. Science290,103-107(2000).DOI:10.1126/science.290.5489.103
2. P. W. Lucas and P. F. Roche, 2000, A population of very young brown dwarfs and free-floating planets in Orion, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 314, Issue 4
3. Miret-Roig, N., Bouy, H., Raymond, S.N. et al. A rich population of free-floating planets in the Upper Scorpius young stellar association. Nat Astron 6, 89–97 (2022). https://doi.org/10.1038/s41550-021-01513-x
4. Pearson, Samuel G.; McCaughrean, Mark J. (2 October 2023). “Jupiter Mass Binary Objects in the Trapezium Cluster”. p. 24. arXiv:2310.01231 [astro-ph.EP].
5. Hareesh Gautham Bhaskar and Hagai B. Perets, 2025, Properties of Free Floating Planets Ejected Through Planet-Planet Scattering, submitted to The Astrophysical Journal
6. Bo Reipurth And Cathie Clarke, 2001, The Formation Of Brown Dwarfs As Ejected Stellar Embryos, The Astronomical Journal, 122:432è439
7. Christian Clanton And B. Scott Gaudi, 2016, Constraining The Frequency Of Free-Floating Planets From A Synthesis Of Microlensing, Radial Velocity, And Direct Imaging Survey Results, Apj 834 46, Doi 10.3847/1538-4357/834/1/46
8. Bouy, H.; Tamura, M.; Barrado, D.; Motohara, K.; Castro Rodríguez, N.; Miret-Roig, N.; Konishi, M.; Koyama, S.; Takahashi, H.; Huélamo, N.; Bertin, E.; Olivares, J.; Sarro, L. M.; Berihuete, A.; Cuillandre, J. -C. (1 August 2022). “Infrared spectroscopy of free-floating planet candidates in Upper Scorpius and Ophiuchus”. Astronomy and Astrophysics. 664: A111 doi:10.1051/0004-6361/202243850.
9. New Study Reveals Nasa’s Roman Could Find 400 Earth-Mass Rogue Planets, NASA.