Kosmiczna ciuciubabka warta świeczki

_{Czas czytania: 8 minut}

Jakiś czas temu, pojawiły się silne dowody na obecność planety orbitującej bezpośrednio wokół głównej gwiazdy układu Alpha Centauri: α Centauri A (α Cen A). Inna nazwa tej gwiazdy to Rigil Kentaurus, moim zdaniem jest jednak zbyt myląca z inną, zupełnie niezwiązaną z układem gwiazdą, powszechnie znaną jako Rigel. Gwiazda α Cen A jest niezwykle podobna do naszej. Ma ten sam typ widmowy G2V i niemal taką samą temperaturę fotosfery. Jest jednak (prawdopodobnie) nieco starsza. Jest też niewiele większa, masywniejsza i jaśniejsza. Obiega ona wspólny środek masy wzajemnie z drugą gwiazdą układu: α Centauri B (tzw. Toliman) – jasny, pomarańczowy karzeł, typ K1V. Wzajemny obieg zajmuje im ok. 80 lat. Trzeci obiekt gwiazdowy w układzie: czerwony karzeł Proxima Centauri, zostanie dla przejrzystości pominięty w tych rozważaniach.

Pierwsza detekcja

Pierwsze doniesienia o obecności planety wokół głównej gwiazdy „Układu Alphy” pojawiły się w 2021r. na podstawie obserwacji naziemnych przeprowadzonych już w czerwcu 2019r. Obserwacje w eksperymencie NEAR przeprowadzone zostały przez bardzo znany w świecie astronomii teleskop VLT, a konkretnie jego zmodyfikowany instrument VISIR – obrazowanie w średniej podczerwieni z użyciem technik koronografii. Teleskop zarejestrował obraz wokół Alphy Centauri A. Obserwacja była niezwykle interesująca z trzech powodów:
– po pierwsze, byłoby to potencjalnie bezpośrednie zaobserwowanie planety pozasłonecznej z Ziemi, co nie jest częste;
– po drugie, od samego początku uważano, że potencjalna planeta obiega gwiazdę w ekosferze;
– po trzecie, byłaby to planeta w ekosferze niezwykle podobnej do Słońca gwiazdy w najbliższym nam układzie gwiezdnym (z wyłączeniem Układu Słonecznego oczywiście).

Obserwacja przeprowadzona została jako część tzw. Breakthrough Watch poszukującej planet skalistych (najlepiej w ekosferach) w układach gwiezdnych do 20 lat świetlnych od nas. Siostrzanym projektem jest/był Breakthrough Starshot – koncepcja technicznego dotarcia właśnie do Układu Alphy. We wrześniu tego roku projekt został zawieszony na czas nieokreślony. Sama koncepcja i opracowywanie sposobów dotarcia do Układu Alphy i innych pobliskich układów gwiezdnych jest niezwykle ciekawa.

Pierwsze obserwacje, których wyniki opublikowano w 2021r., ujawniły potencjalny obiekt, który określono jako Candidate 1 lub po prostu obiekt C1 –https://www.nature.com/articles/s41467-021-21176-6. Jednak od samego początku charakter zaobserwowanego sygnału był bardzo niepewny, nawet dla autorów publikacji. Zastrzegli oni, że co prawda może to być potencjalna planeta, ale równie poważnie rozważano pierścień pyłu egzozodiakalnego lub techniczny artefakt obrazowania. Pojawiały się również takie głosy, mówiące o tym, że może to być gęsta chmura gazu i/lub pyłu, jednak niekoniecznie o charakterze uformowanej planety. Wykluczano możliwość, że obraz przedstawia obiekt tła.  

Wszystkie spekulacje wynikały z bardzo małej liczby informacji, jakie można było wywnioskować na podstawie tej obserwacji. Szacowano, że gdyby była to planeta, to jej jasność wskazywałaby na rozmiar 3-11 promieni Ziemi (przypominam, że rozmiar Urana to ok. 4 promieni Ziemi, a Jowisza nieco ponad 11). Także zakres marginesu błędu rozmiaru potencjalnej planety był dość duży. Obiegałaby Alphę Centauri A w odległości ok. 1,1 AU. Odległość Ziemi od Słońca to 1 AU. Kąt nachylenia jej orbity z punktu widzenia Ziemi, pokrywał się z kątem nachylenia płaszczyzny wzajemnego układu: Alpha Centauri A – Toliman. Kampania obrazowania trwała mniej więcej 100 godzin, a obraz pojawiał się wielokrotnie podczas obserwacji, więc ryzyko fałszywie dodatniego wykrycia było bardzo niskie, aczkolwiek nie zerowe. Potencjalne wykrycie w świecie nauki potraktowano jako ciekawostkę i raczej nie przyłożono do niego większej wagi – również z uwagi na brak większej liczby danych.

Druga detekcja

W sierpniu 2024r. „do akcji” wkroczył zawodnik klasy ciężkiej. Na Układ Alphy skierowano bowiem Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, który przyniósł dane do dalszej analizy. Obserwacja dokonana została za pomocą instrumentu MIRI – obrazowanie w podczerwieni z wykorzystaniem maski koronagraficznej. Przeprowadzono bardzo dokładne obserwacje zarówno pod kątem planetarnym jak i pyłu egzozodiakalnego – które dały najbardziej precyzyjne pomiary pod tym kątem względem obcej gwiazdy. Przede wszystkim Webb dokonał kolejnego zobrazowania obiektu w ekosferze α Cen A, który tym razem dostał oznaczenie S1. Wielu badaczy i obserwatorów niemal od razu połączyło nowo zobrazowany obiekt S1 z wcześniejszym C1. Nie jest to jednak takie oczywiste.
Czy C1 i S1 to ten sam obiekt? Być może, ale nie jest to do końca jasne. Po pierwsze odległość S1 nie pokrywała się z szacowaną odległością C1 i wynosiła ok. 2 AU. Co prawda, nadal mieściłoby ją to w ekosferze α Cen A rozciągającej się (szacunkowo) w odległości 0,9 – 2,2 AU od gwiazdy. Obraz był wyraźny. Tym razem wykluczono pyłowy lub gazowy charakter obiektu, a także możliwość, że jest to artefakt obrazowania. Po raz kolejny wykluczono także, że jest to obiekt tła.
Nie jest jednak tak kolorowo. Potwierdzonego wykrycia dokonano podczas sierpniowej sesji obrazowania w 2024r. Obiektu nie wykryto jednak lub wynik był niejasny podczas kolejnych sesji obrazowania w lutym i kwietniu 2025r. Pojawił się dość poważny problem. Dlaczego obiekt czasem widać, a czasem nie?

Część naukowców nie chciała oddać odkrycia walkowerem. Założono, że obiekt C1 i S1 to to samo ciało niebieskie, a następnie postanowiono sprawdzić, czy istnieje orbita łącząca te dwa wykrycia. Okazało się, że taka orbita jest fizycznie możliwa, a ponadto wyjaśnia znikającą naturę obiektu. Taka orbita miałaby ekscentryczność ok. 0,4 – dość „jajowaty” kształt (to dużo, ze wszystkich głównych planet Układu Słonecznego najwyższą ekscentryczność ma orbita Merkurego: 0,2). Ponadto miałaby bardzo wysoką inklinację (nachylenie) względem układu α Cen A – Toliman, wynoszącą ok. 50°/130° – zależy to też od tego, czy porusza się ruchem prostym, czy wstecznym wobec macierzystego układu. To bardzo wysoka wartość jak na dużą planetę. Średnio wysoka ekscentryczność wraz z bardzo dużą inklinacją wobec macierzystego układu sprawiałyby, że jej odległość od α Cen A wahałaby się od ok. 1 do 2 AU.
Ryzyko, że obiekt tego typu został pominięty w pozostałych obserwacjach właśnie ze względu na właściwości jego orbity, a nawet że jest „niedostrzegalny” poza konkretnymi oknami obrazowania wynosi ok. 52%. Na dwoje więc babka wróżyła. Po obserwacji Webba, bardziej sprecyzowano rozmiar potencjalnej planety wynoszący ok. 1 promienia Jowisza. Jej masa byłaby jednak dość niska, mniej więcej pomiędzy masą zbliżoną do Saturna, a połową masy Jowisza. Jej gęstość byłaby więc nieco niższa niż Saturna. Istnieje możliwość, że jednak jest nieco mniejsza, co dałoby większą gęstość (wpływ na to, miałaby m.in. obecność lub brak pierścienia). Czas jej obiegu wokół α Centauri A wynosiłby ok. 2-3 ziemskich lat.
Jeżeli wyliczone parametry orbity odzwierciedlają jej rzeczywisty charakter, to następne okno obserwacji powinno pojawić się w okolicach sierpnia przyszłego roku.

Gdyby potwierdziło się, że faktycznie mamy do czynienia z planetą, to czy cały czas swojego obiegu wokół gwiazdy spędzałaby w ekosferze? To zależy. Wartość np. ekscentryczności 0,3 czy 0,4 ma tu ogromne znaczenie, a także to, jaki wariant ekosfery wokół α Centauri A przyjmiemy: optymistyczny czy rygorystyczny. W każdym jednak wariancie przynajmniej część czasu spędzana byłaby w ekosferze, co daje fascynujące możliwości badań praktycznych i teoretycznych.
Oprócz ekosfery trzeba też pamiętać o Tolimanie – pomarańczowym karle, który obiega wspólny środek masy z α Centauri A. Wyznacza on górną granicę odległości strefy stabilnych orbit wokół α Centauri A. Granica ta szacowana jest w przedziale 3-3,8 AU. Trzeba pamiętać, że jest to granica dla potencjalnych planet o ruchu prostym, dla wstecznych byłaby nieco inna, ważna jest również inklinacja. Potencjalna planeta S1 mieści się w strefie stabilności, uwzględniając wszystkie założone wartości orbity.
Wpływ Tolimana musiałby być jeszcze zbadany. Zbliża się on bowiem maksymalnie do α Centauri A na odległość 11,2 AU (nieco dalej niż odległość Saturna od Słońca, ale znacznie bliżej niż średnia odległość Urana od Słońca).

Istnieje jeszcze jeden hipotetyczny, ale pasjonujący element tej układanki. Bazując na doświadczeniu z naszego układu planetarnego, gazowe olbrzymy posiadają liczne księżyce – czasem o wielkościach planetarnych. Jeżeli wokół α Centauri A faktycznie krąży gazowy olbrzym, to istnieje duża szansa na to, że i on posiada świtę księżyców. Obecność księżyców wokół gazowego olbrzyma w ekosferze stwarza interesujące perspektywy. To oczywiście spekulacja i sama obecność w ekosferze jeszcze niczego nie dowodzi. W przypadku potencjalnego życia w grę wchodzi szereg innych czynników i jest to kwestia znacznie, znacznie bardziej złożona niż tylko sama ekosfera.

Podsumowując

Wokół α Centauri A dokonano zobrazowania „czegoś”, co potencjalnie może być planetą, prawdopodobnie gazowym olbrzymem. Niestety zobrazowania nie udało się powtórzyć w dwóch sesjach obserwacyjnych Teleskopu Webba w lutym i kwietniu bieżącego roku. Wyjaśnienie może stanowić charakterystyka orbitalna obiektu, aczkolwiek niestety, trzeba liczyć się z możliwością innego wyjaśnienia zaobserwowanego fenomenu.

Gdyby była to planeta, otwiera to przed nami fascynujące ścieżki badań.

Na koniec, już całkiem na marginesie przypomnę, że Polifem i jego 14 księżyców, spośród których jeden to Pandora, główne miejsce akcji filmu Avatar, obiegają właśnie α Centauri A. Co prawda na tak spektakularną wizję w rzeczywistości raczej bym się nie nastawiał… 😉
Czy pan James Cameron okazał się wizjonerem, co do ogólnej możliwości życia wokół Alphy Centauri A? Czas pokaże. Póki co, czekamy na okno obserwacyjne w przyszłym roku (w gorszym wariancie dopiero w 2027). Niezależnie od tego, czy planeta jest, czy jej nie ma, Układ Alphy sam w sobie jest niesamowicie interesujący i ważny również z punktu widzenia naszej eksploracji kosmosu.