Serwis Naukowy Uniwersytetu Warszawskiego: Dowiedzenie istnienia planet swobodnych to jedno z najważniejszych osiągnięć astronomii ostatnich lat. Dokonał tego zespół OGLE, czyli prowadzonego przez pana projektu obserwacyjnego Uniwersytetu Warszawskiego, który od ponad trzech dekad monitoruje jasność milionów gwiazd. Co dziś, po tym odkryciu, najbardziej przyciąga pańską uwagę?
Prof. Andrzej Udalski: – Teraz mamy okres satysfakcji po ostatnich odkryciach związanych z planetami swobodnymi. A to dlatego, że przez ostatnie kilka lat rozwijaliśmy tę tematykę. Coraz więcej dowiadywaliśmy się o planetach oderwanych od swoich układów macierzystych, czyli takich, które nie krążą już wokół własnych gwiazd, tylko dryfują w naszej Drodze Mlecznej. Kamieniem milowym, do którego dążyliśmy, było potwierdzenie odkrycia takiego obiektu, potwierdzenie, że nie są one efektem naszych wyobrażeń. I kilka miesięcy temu rzeczywiście taką planetę znaleźliśmy. Już nie ma wątpliwości, że jest to planeta swobodna.
Teraz astronomowie będą odkrywać ich coraz więcej, ponieważ są one bardzo cenne dla ogólnego zrozumienia tego, jak powstają układy planetarne. Przez najbliższe lata będzie to cały czas gorąca tematyka. Ale zawsze odkrycie pierwszego obiektu i udowodnienie, że to, o czym tylko myśleliśmy, rzeczywiście istnieje – to jest ogromna satysfakcja.
Także w tej chwili jesteśmy po kolejnym dużym odkryciu, natomiast oczywiście dalej działamy, na różnych polach. Kolejnymi bardzo ciekawymi odkryciami, które mam nadzieję przyjdą niedługo i na które czekamy już od paru lat, będą swobodne czarne dziury – zupełnie inny gatunek obiektów. W odkryciu pierwszej uczestniczyliśmy w 2022 roku. Została ona odkryta techniką wymagającą bardzo, bardzo długich obserwacji. Prawie dekadę zajęło nam to, byśmy mogli rzeczywiście tę pierwszą swobodną czarną dziurę zobaczyć i stwierdzić, że istnieje. Natomiast teraz próbujemy zastosować zupełnie nowe techniki – dużo szybsze i dużo wydajniejsze. Jeśli się uda, będzie to pewna rewolucja w rozumieniu tego, czy rzeczywiście czarne dziury są w naszej Drodze Mlecznej i ile ich jest. Cała związana z tym tematyka – jak zawsze – przyniesie nowe problemy, nowe wyzwania, więc będziemy mogli szukać różnych innych ciekawych rzeczy.
Na czym polegała albo polega główna trudność w odkrywaniu planet swobodnych i swobodnych czarnych dziur?
– Główny problem jest bardzo prosty – tego typu obiekty nie świecą. Czarna dziura jest czarna, bo pochłania materię i nie wypuszcza praktycznie żadnego promieniowania. Ciemny obiekt trudno znaleźć, zwłaszcza gdy znajduje się tysiące lat świetlnych od nas. Podobnie rzecz się ma z planetami swobodnymi. Tu, w Układzie Słonecznym, widzimy na niebie kilka planet. Niektóre są najjaśniejszymi obiektami oprócz Księżyca i Słońca, czyli na przykład Wenus czy Jowisz. Widać je bez problemu gołym okiem. Ale one są takie jasne dlatego, że, po pierwsze, znajdują się blisko, a po drugie – bo odbijają światło słoneczne. Natomiast jeśli taka planeta zostanie wyrzucona z układu, powiedzmy, słonecznego (nawiasem mówiąc przypuszcza się, że z naszego Układu Słonecznego też takie planety swobodne kiedyś zostały wyrzucone), to potem sobie gdzieś leci, tysiące lat świetlnych od nas. Ona już nie ma co odbijać, sama też nie promieniuje, więc jest takim ciemnym kamieniem, który gdzieś tam we Wszechświecie jest. Żeby znaleźć takie obiekty nieświecące, trzeba wykorzystywać techniki, które umożliwiają nam ich detekcję. Tych technik nie jest zbyt dużo. Tak naprawdę jest jedna – znamy ją i z sukcesem od lat stosujemy. To tak zwane zjawisko mikrosoczewkowania grawitacyjnego, które, w najprostszych słowach, polega na tym, że nie obserwujemy bezpośrednio tego ciemnego obiektu, który jest właśnie soczewką, ale on swoją masą powoduje, tak jak szkło powiększające, że dobiega do nas więcej światła od jakiegoś innego źródła. Ta soczewka grawitacyjna sprowadza do nas swoją grawitacją więcej światła pochodzącego od jakichś odległych gwiazd.
Jak się tak zdarzy, że planeta swobodna czy czarna dziura ustawi się dobrze w stosunku do jakiegoś źródła światła, to potrafi ona skierować do nas więcej światła. Mierzymy je i potem ze zmian jesteśmy w stanie stwierdzić, jaka jest masa tej soczewki, czyli planety lub czarnej dziury. Dalszymi obliczeniami określamy, jakie są parametry obiektu. Stąd wiemy, że to jest albo planeta, albo czarna dziura i w ten sposób, trochę pośrednio, ale metodami, które są dobrze udokumentowane prawami fizyki, poznajemy nieświecące obiekty.
To jest główne wyzwanie, bo zjawiska mikrosoczewkowania są niezwykle rzadkie. Trzeba obserwować setki milionów gwiazd, żeby takich kilka zjawisk, czy powiedzmy teraz już kilkaset w ciągu roku, zaobserwować. Oczywiście większość nie jest wywoływana przez planety, tylko raczej przez gwiazdy. I wreszcie, gdy się taką planetę odkryje, to rzeczywiście duża satysfakcja.
Brzmi to, nie dość, że jak szukanie igły w stogu siana, to jeszcze szukanie tej igły po ciemku?
– Dokładnie tak jest. Pewnie nawet łatwiej byłoby znaleźć igłę.
Projekt OGLE działa od ponad trzech dekad. Czy kiedy pan zaczynał, miał pan poczucie, że jest to przedsięwzięcie, które stanie się jedną z wizytówek polskiej astronomii?
– Pewnie nie, bo nie byliśmy pewni, czy się uda. Wiedzieliśmy, że zrobimy coś nowego w astronomii, ponieważ zaczęliśmy nowymi sposobami obserwować niebo. W latach 80., czy nawet jeszcze później w 90. obserwacje astronomiczne były przeprowadzane typowo. Astronom dostawał kilka nocy obserwacyjnych, powiedzmy pięć, sześć na konkretny projekt. Później, jeśli się coś udało zaobserwować, to się te dane analizowało, a jeśli pogoda była zła, to wtedy mieliśmy tak zwany bad luck. Natomiast myśmy postanowili zastosować zupełnie inne podejście – regularne obserwacje wielkiej liczby obiektów przez długi czas. A naszym głównym celem było najpierw w ogóle zobaczenie, czy zjawiska mikrosoczewkowania istnieją. To były przewidywania teoretyczne jeszcze z czasów Einsteina.
Później nasz wielki astronom, profesor Paczyński, opracował, jak te zjawiska powinny wyglądać i ile ich powinno być. Ale żeby je zaobserwować, musieliśmy zacząć obserwować miliony gwiazd i to w owych czasach od strony technologicznej było science fiction. Nie mieliśmy jeszcze dedykowanego teleskopu. Musieliśmy się starać, żeby przydzielono nam większy kawałek czasu obserwacyjnego i to się udało w 1992 roku. Dostaliśmy przez kolejne trzy lata po kilkadziesiąt nocy w sezonie obserwacyjnym i zaczęliśmy obserwować wybrane fragmenty nieba z bardzo wielką liczbą gwiazd.
Od razu wiedzieliśmy, że nawet jeśli nie znajdziemy mikrosoczewek, to będziemy mieli świetny materiał do badań zmienności różnych obiektów, które w tych polach się znajdują. I na pewno coś nam z tego wyjdzie. Potem stopniowo zaczęło się okazywać, że nowa technika obserwacyjna jest niszą ówczesnej astronomii, której nikt dotąd nie badał. Tak naprawdę odkryliśmy kopalnię złota. Gdzie nie wsadzaliśmy rąk, wyciągaliśmy bryłkę złota, czyli jakieś nowe obiekty, czy nawet obiekty znane, ale obserwowane od zupełnie innej strony. Zdobywaliśmy ogromnie wiele zupełnie nowych informacji.
Projekt stopniowo się rozwijał się i zaczęliśmy sobie zdawać sprawę, że staje się on sztandarowy. Natomiast na początku była niepewność, czy w ogóle uda nam się znaleźć mikrosoczewki. Na szczęście szybko je znaleźliśmy, co też pomogło nam się rozwinąć.
Mówi pan o sięganiu po te znaleziska na niebie jak po bryłki złota. Jakie to uczucie, odkrywać nowe obiekty?
– Oj, wspaniałe. Czasami nawet udawało się coś nowego znajdować w czasie rzeczywistym. Odkrywaliśmy pierwsze planety pozasłoneczne metodą tzw. tranzytów – dzisiaj najbardziej popularną, wtedy byliśmy pionierami. Mieliśmy podejrzenia, że rzeczywiście namierzyliśmy taki obiekt, ale żeby mieć pewność, musieliśmy zaobserwować tranzyt ponownie. Przewidywaliśmy, kiedy on się zdarzy. Tej konkretnej nocy już byliśmy nastawieni na obiekt i jak widzieliśmy, że rzeczywiście robi on dokładnie to, co przewidzieliśmy, to muszę przyznać, że jest to odczucie znakomite, takiego panowania nad Wszechświatem. Odkrycie w czasie rzeczywistym rzadko się zdarza. Ale nawet później, jak już analizujemy offline tony danych, i jak się z tych milionów gwiazd coś wyłapie, to satysfakcja jest ogromna.
Pamięta pan swoje pierwsze odkrycie?
– Oczywiście, że pamiętam. To jeszcze z czasów studenckich, jak prowadziłem obserwacje w naszej stacji pod Warszawą. Pierwsze obserwacje na sprzęcie, który wtedy był w miarę nowoczesny, ale oczywiście w porównaniu z tym, co dzisiaj mamy, można powiedzieć, że zabytkowy. Przełomowym momentem były obserwacje gwiazdy, która wybuchała raz na trzydzieści parę lat. Akurat w 1978 roku zdarzył się taki wybuch. Byliśmy chyba w Ostrowiku w Europie jedynymi obserwatorami. To gwiazda z dużymi tradycjami polskiej astronomii, bo odkryta przez polskich astronomów i opisana bardzo dokładnie, wtedy perełka. Do dzisiaj jest bardzo ważną gwiazdą, ale wtedy prowadzone były badania pierwotne. No i przez kilkanaście nocy, w grudniu, w warunkach naprawdę partyzanckich, bo były to noce po minus 20 stopni, odkrycie takiej charakterystycznej zmienności było pierwszym odkryciem, które chyba przekonało mnie zupełnie do astronomii.
A czy jest takie odkrycie, do którego ma pan szczególny sentyment? Najważniejsze dla pana osobiście.
– Ważnym odkryciem było zjawisko mikrosoczewkowania. Przełomowe nie tylko w charakterze ogólnonaukowym – to było odkrycie zupełnie nowej dziedziny badań. Drugim stało się znalezienie pierwszych planet pozasłonecznych metodą tranzytów, czyli gdy obserwujemy niewielkie spadki jasności gwiazdy, gdy planeta przechodzi przed jej tarczą. Metoda tranzytów to druga rzecz, którą bardzo cenię, aczkolwiek jest trochę niedoceniana we współczesnej nauce. Później zostały wystrzelone satelity, które tę technikę stosują. Era przedsatelitarna w zasadzie już odchodzi w zapomnienie, więc czasami mam wrażenie, że nasze pionierskie badania z początku tysiąclecia nie do końca są doceniane.
Proszę opowiedzieć o najnowszych badaniach, które są bliskie pańskiemu sercu.
– W tej chwili rzeczą, na którą poświęcam nawet trochę za dużo czasu, jest analiza obserwacji, ale dokonanych nie przez nas, tylko przez zespół, z którym w dawnych czasach konkurowaliśmy w równoległym projekcie. To był amerykańsko-australijski projekt MACHO [Massive Compact Halo Object], w którym też znajdowane były mikrosoczewki. Oni też nazbierali dużo obrazów. Zakończyli działalność w 2000 roku, bardzo dawno, ale zebrali sporo danych, które są cennymi danymi archiwalnymi. Zrobili to jednak źle. W którymś momencie pojawił się pomysł, żeby przeanalizować te stare dane jeszcze raz naszymi nowoczesnymi metodami, to znaczy po prostu przetworzyć je od początku, żeby osiągnąć dużo lepszą precyzję i dokładność. Okazało się, że jesteśmy w stanie to zrobić.
To oznacza cofnięcie niektórych naszych obserwacji o kilka lat. Pewne regiony nieba obecnie przez nas precyzyjnie monitorowane były obserwowane przed nami, w latach 1990. przez projekt MACHO. To mnie właśnie zachęciło, żeby spróbować wrócić do przeszłości i przeanalizować ich dane naszymi precyzyjnymi metodami. Aby sprawdzić czy nie da się z nich wyciągnąć czegoś więcej niż było to zrobione. Myślę, że te badania upublicznimy i wielu astronomów będzie z nich korzystać.
To brzmi trochę jak gwiezdna archeologia.
– Dokładnie. Czasami, gdy znajdujemy jakiś nowy obiekt, wiemy jak on się zachowywał przez ostatnie 20 lat, ale jeśli dołożymy pięć lat wstecz i tam coś ciekawego znajdziemy, to takie chwile są często kluczowe, żeby rzeczywiście dobrze poznawać Wszechświat.
A gdyby przyszedł do pana młody badacz lub badaczka i mieli dostać jakąś lekcję na temat nauki, to jaka by to była lekcja?
– Niestety nauce trzeba poświęcić dużo czasu. Jeśli chce się to robić na wysokim poziomie, trzeba być mocno zaangażowanym. Co nie wyklucza, że ludzie potrafią pogodzić życie prywatne z wykonywaniem pracy zawodowej, naukę traktując jako zawód. Generalnie jednak naukowiec nie może pracować od 8 do 16, ale jest to praca 7 dni w tygodniu, 365 dni w roku. Czasami pomysły przychodzą w środku nocy, czasem w zupełnie nieoczekiwanych sytuacjach. Żeby być dobrym naukowcem, trzeba być mocno zaangażowanym w pracę naukową. We wszystkich dyscyplinach jest podobnie.
Poruszył pan bardzo ciekawą kwestię – inspiracji. W jakich momentach ona się pojawia?
– W różnych. Czasami wymyśla się coś w trakcie pracy, konsultuje z kimś i narasta poczucie, że się coraz więcej wie i coś odkrywa. Czasami różne problemy pozostają nierozwiązane i człowiek obudzi się w środku nocy, zaczyna mieć w głowie tysiące myśli, które, gdy się na czymś dobrze skoncentrują, to – nawet w środku nocy – potrafi przyjść olśnienie. Reszta nocy jest już nieprzespana oczywiście. Pod prysznicem się nie zdarzyło, ale wyobrażam sobie, że może tak być.
Z pana słów wyłania się obraz satysfakcjonujący, lecz także trudny. Z jednej strony pasji, ale też poświęcenia tej dziedzinie całego życia.
– No tak, ale z drugiej strony zawsze podkreślam, że mam tę przyjemność, że mam hobby i pracę jednocześnie. Aczkolwiek nie tylko astronomią żyję. Jak mnie pani zapyta, z kim Polska dzisiaj gra (rozmawiamy 3 czerwca – przyp. red.), to od razu powiem, że z Nigerią. Przed chwilą wygrała też Chwalińska.
Gdy znajduje pan nowy obiekt na niebie, to może go dowolnie nazwać?
– Nie, nazywamy nasze obiekty od nazwy projektu. To jest nazwa techniczna. Gdy ktoś później obserwuje ten obiekt, na ogół respektuje nazwę nadaną przez odkrywców. Są różne konwencje dla różnych klas obiektów. Międzynarodowa Unia Astronomiczna nadaje nazwy dużym gwiazdom, a w przypadku mikrosoczewek pozostają nazwy nadane w projekcie. Natomiast czasami odkrywamy też mniejsze ciała, typu planety karłowate. Jeszcze w poprzedniej dekadzie odkryliśmy taką planetę w naszym Układzie Słonecznym, stosunkowo blisko nas. Okazało się, że to jeden z większych obiektów znalezionych w ciągu ostatnich kilkunastu lat, o średnicy ponad 500 km. Takie obiekty można nazwać nazwą własną, aczkolwiek też nie dowolną. Muszą zachować konwencję. W tym wypadku jest to nazwa związana z mitologiami różnych społeczeństw. Uznaliśmy, że potrzeba czegoś słowiańskiego i nazwaliśmy ją Dziewanna. Lubię ją, ponieważ jest obiektem, do którego można dotrzeć. Pewnie nie my, ale za kilkadziesiąt/kilkaset lat ludzie będą latać po Układzie Słonecznym, więc tam dolecą. Bardzo się cieszę, że ta nazwa została zaakceptowana przez Międzynarodową Unię Astronomiczną i taka pozostanie na zawsze.
Czy zespoły międzynarodowe nie są trochę skonsternowane, gdy muszą przeczytać polskie „Dziewanna”.
– Zrobiliśmy to z premedytacją. Mogliśmy tę nazwę jakoś zangielszczyć, do „Dhevana” albo czegoś podobnego. Ale ponieważ inne obiekty tego typu mają na ogół nazwy naturalne, z hawajskiej mitologii na przykład, to uznaliśmy, że skoro my sobie łamiemy język, to dlaczego anglojęzyczni mają go sobie nie łamać na „dziewannie”.
Dziękujemy za Dziewannę i za rozmowę.
Uczelnia Badawcza, czyli 5 pytań do… to cykl wywiadów z badaczkami i badaczami UW, którzy realizowali swoje projekty w ramach programu IDUB – „Inicjatywa Doskonałości – Uczelnia Badawcza”.
