Szukają karłów

Naukowcy od długiego czasu przypuszczali, że peryferia Układu Słonecznego mogą kryć wiele tajemnic. Podejrzewano, że w obszarze tym – położonym kilkadziesiąt razy dalej niż Ziemia od Słońca – znajduje się pas drobnych obiektów, tzw. pas Kuipera, podobny do klasycznego pasa asteroid, zlokalizowanego pomiędzy orbitami Marsa i Jowisza. Jednak na odkrycie pierwszego obiektu z tego rejonu trzeba było czekać aż do początku lat 90. ubiegłego wieku.

Na początku XXI wieku liczba ciał znajdowanych na krańcach Układu Słonecznego zaczęła szybko wzrastać, dzięki wyspecjalizowanym przeglądom nieba prowadzonym z północnej półkuli, głównie z terenu Stanów Zjednoczonych. Większość nowych obiektów była drobnymi ciałami, porównywalnymi z klasycznymi asteroidami. Okazało się jednak, że oprócz ciał krążących po typowo planetarnych orbitach, określanych obecnie jako obiekty transneptunowe, szereg nowych ciał krąży po mocno wydłużonych orbitach eliptycznych. Kategorię tę nazwano obiektami dysku rozproszonego.

Ku zaskoczeniu astronomów oprócz ciał niewielkich, odkryto również kilka obiektów o zdumiewająco dużych rozmiarach. Szybko okazało się, że niektóre z nich dorównują rozmiarami krążącej w podobnej odległości planecie Pluton, a obiekt o nazwie Eris wręcz ją przewyższa. Doprowadziło to do głośnych w świecie naukowym dyskusji, dotyczących definicji planety i w konsekwencji do zdegradowania Plutona do kategorii planet “karłowatych”, którą tworzy wraz z kilkoma nowoodkrytymi obiektami. Pozostałe osiem planet – od Merkurego do Neptuna to planety klasyczne.

Astronomowie szybko uświadomili sobie niezmiernie ważną rolę i konieczność badań obiektów znajdujących się na peryferiach Układu Słonecznego. Najprawdopodobniej są to “zakonserwowane” resztki materii z czasów powstawania Układu Słonecznego, co oznacza, że ich zbadanie powinno dostarczyć cennych informacji o narodzinach i ewolucji naszego systemu planetarnego.

Odkrywanie tak odległych obiektów jest niezmiernie trudne – świecą bardzo słabo, odbijając światło dalekiego Słońca, występują rzadko i poruszają się wolno po swych orbitach, co utrudnia ich detekcję. Podjęcie kompleksowego przeglądu nieba w celu poszukiwania tych ciał jest więc dużym wyzwaniem, wymagającym użycia wyspecjalizowanego sprzętu obserwacyjnego.

Zadania tego podjęła się grupa polskich astronomów pracująca w zespole OGLE, prowadzonym od kilkunastu lat w Obserwatorium Astronomicznym Uniwersytetu Warszawskiego pod kierownictwem prof. Andrzeja Udalskiego. Program poszukiwania obiektów z pasa Kuipera powstał przy współpracy z astronomami amerykańskimi z zespołu prof. Scotta Shepparda z Department of Terrestrial Magnetism w Carnegie Institution of Washington.

Projekt ten dobrze wpisuje się w nowe możliwości obserwacyjne OGLE, w właśnie rozpoczętej fazie projektu – OGLE-IV. Skonstruowana w Obserwatorium Astronomicznym UW jedna z najnowocześniejszych na świecie kamer obrazujących niebo, zainstalowana przy 1.3 m teleskopie warszawskim w Obserwatorium Las Campanas w Chile, pozwala uzyskać fotografie dużych obszarów nieba, co znacząco zwiększa szanse detekcji rzadko występujących obiektów transneptunowych. Co ważniejsze, wielkie obszary nieba południowego nie były jak dotąd przeszukiwane pod kątem wykrywania obiektów plutonopodobnych i mogą one kryć wiele niespodzianek – podobnie, jak to było na półkuli północnej w pierwszych latach XXI wieku.

Projekt OGLE-IV rozpoczął regularne poszukiwania obiektów pasa Kuipera z początkiem marca bieżącego roku. Szybko okazało się, że oczekiwania warszawskich astronomów nie były bezpodstawne – do tej pory odkryto już cztery obiekty tego typu. Po uzyskaniu dodatkowych obserwacji w celach weryfikacji i obliczeniu orbit wokółsłonecznych wszystkie ciała zostały zarejestrowane w Centrum Małych Planet Międzynarodowej Unii Astronomicznej, jako nowe odkrycia. Zgodnie z obowiązującymi konwencjami nadano im prowizoryczne nazwy: 2010 EK139, 2010 EL139, 2010 FX86 i 2010 HE79.

Już pierwsze obserwacje wykazały, że wszystkie cztery nowoodkryte ciała Układu Słonecznego są bardzo interesujące i należą do wyjątkowo dużych obiektów. 2010 EL139, 2010 FX86 i 2010 HE79 są typowymi obiektami trans-neptunowymi, a 2010 EK139, który ma bardzo wyciągniętą orbitę, jest typowym przedstawicielem obiektów dysku rozproszonego.

Obiekty pasa Kuipera, jak wszystkie inne planety w Układzie Słonecznym, świecą odbitym światłem słonecznym, czyli zachowują się jak lusterka. Ich jasność zależy od odległości od Ziemi i Słońca, rozmiarów ciała i zdolności odbijania jego powierzchni. Ponieważ odległość do obiektu jest znana, to – zakładając zdolność odbijania – możemy oszacować rozmiary obiektu.

Obiekty skalisto-kamienne, takie jak Księżyc, niektóre planety karłowate czy asteroidy, odbijają typowo zaledwie około 5 proc. padającego światła. Te pokryte lodem mogą go odbijać dużo więcej – nawet do 50 proc.

Proste obliczenia pokazują więc, że nawet najmniejsze z odkrytych ciał – 2010 EL139 i 2010 HE79 – mają średnicę rzędu kilkuset kilometrów, natomiast 2010 FX86 nawet prawie 800 km (jeśli odbija światło jak Księżyc).

Niewątpliwie jednak najciekawszym z odkrytych obiektów jest 2010 EK139. To największy obiekt odnaleziony w ostatnich kilku latach, znajdujący się w końcu pierwszej dwudziestki największych ciał w Układzie Słonecznym (nie wliczając klasycznych planet). Jego średnica może sięgać nawet ponad tysiąc kilometrów, o ile jego powierzchnia jest skalista. To prawie połowa średnicy Plutona i więcej niż średnica największej planety “karłowatej” z klasycznego pasa asteroid – Ceres. 2010 EK139 jest zatem świetnym kandydatem na kolejną planetę “karłowatą”. Dalsze obserwacje prowadzone przy użyciu wielkich teleskopów pozwolą uzyskać dokładniejszą charakterystykę tego cieła.

Bardzo dobrze znana jest już orbita wokółsłoneczna obiektu 2010 EK139. Okazało się bowiem, że był on obserwowany już w latach 2002-2005 przez przeglądy wykonywane na półkuli północnej. Jednak nie został wtedy odkryty. Z pomocą tych archiwalnych danych udało się teraz wyznaczyć bardzo dokładną trajektorię ciała. Obiega ono Słońce w ciągu 580 lat po bardzo wydłużonej orbicie, której dłuższa półoś wynosi aż blisko 70 odległości Ziemia-Słońce. Orbita nachylona jest pod kątem 29 stopni do płaszczyzny orbity Ziemi.

Przegląd nieba w poszukiwaniu obiektów pasa Kuipera wykonywany przez projekt OGLE-IV będzie kontynuowany w Obserwatorium Las Campanas w Chile do października – do pełnego pokrycia niezbadanych dotąd obszarów nieba. Według naukowców z Obserwatorium Astronomicznego UW, zachęcające wyniki wstępne pozwalają mieć nadzieję na dalsze ekscytujące odkrycia.

Odkrywanie nowych obiektów Układu Słonecznego to kolejna dziedzina współczesnej astrofizyki planetarnej, do której projekt OGLE wnosi znaczący wkład. W ubiegłych latach projekt dokonał pionierskich odkryć także w dziedzinie planet pozasłonecznych – po raz pierwszy z sukcesem wykorzystując dwie nowe metody fotometryczne: tranzytów i mikrosoczewkowania grawitacyjnego.

W skład zespołu OGLE wchodzą naukowcy z Obserwatorium Astronomicznego UW: prof. dr hab. Andrzej Udalski, prof. dr hab. Marcin Kubiak, prof. dr hab. Michał Szymański, prof. dr hab Grzegorz Pietrzyński, dr hab. Igor Soszyński, dr Łukasz Wyrzykowski, mgr Radosław Poleski, mgr Krzysztof Ulaczyk. W projekcie poszukiwań obiektów pasa Kuipera uczestniczą także astronomowie amerykańscy: prof. Scott Sheppard i prof. Chadwick Trujillo.