Astronomia jest taką dziedziną nauki, w której ciągle odkrywamy coś, co burzy nam całkowicie obraz, który do tej pory wydawał się niewzruszalny. Wiemy, czym charakteryzują się planety i co je odróżnia od gwiazd. Niestety, świat Kosmosu, podobnie jak inne światy, nie jest precyzyjnie skategoryzowany. Istnieją obiekty kosmiczne posiadające cechy i gwiazd i planet (pisałem o brązowych karłach: Brązowe karły, czyli niedorobione gwiazdy). Także struktura Kosmosu nie jest taka, jak się nam wydaje. Kosmos nie składa się z pustki, tu i ówdzie poprzetykanej galaktykami, które składają się z gwiazd, wokół których krążą planety. Wspomniana pustka powinna być pusta, a jedynym jej „zanieczyszczeniem” mogą być pozaukładowe komety (też nie tak dawno odkryte). Herezją wydawało się dotąd istnienie swobodnych planet nie przywiązanych grawitacyjnie do żadnej gwiazdy. Nie ma zakazu istnienia samotnych planet, jest to dopuszczalne, ale jakoś nie mieści się w naszej wyobraźni. Gorzej z wymyśleniem teorii powstania takiej planety. Czy wyrwała się z grawitacyjnej uwięzi w wyniku zderzenia? Czy może powstała samoistnie z jakiego małego skupiska międzygwiazdowego pyłu? Jeśli tak, to powinno być możliwe zaobserwowanie takich planet w różnych stadiach powstawania, planet in statu nascendi.

O planetach swobodnych (ang. rogue planets) astronomowie rozmyślają i mówią od dawna, bo wiadomo, że jeśli coś jest w Kosmosie możliwe, to na pewno istnieje. Trzeba to tylko odkryć, a odkrycie uzasadnić. I w tym właśnie jest problem. Jak zlokalizować maleńką (w skali kosmicznej) planetę, zmierzyć, ustalić jej odległość od Ziemi i prędkość? Nie dość, że znajduje się daleko, to nie świeci jak gwiazda, ba, nie emituje prawie żadnego promieniowania. Czarna, mała planeta na czarnym tle, koszmar. Rzeczywiście narzędzi do obserwacji planet swobodnych nie ma zbyt wiele. Co nie znaczy, że nie ma ich w ogóle. Nie ma promieniowania elektromagnetycznego, ale jest grawitacja, niewielka co prawda, ale jest.

Czym są planety swobodne?

Są to ciała niebieskie o masach porównywalnych z masą Jowisza lub mniejszych, które nie orbitują wokół żadnej gwiazdy, dryfując samotnie w przestrzeni międzygwiezdnej. Bez światła gwiazd pozostają niewidoczne dla zwykłych teleskopów, emitując jedynie słabe ciepło resztkowe. Ich istnienie nie jest przewidziane przez klasyczne modele genezy i ewolucji układów planetarnych.

Pojęcie planet swobodnych pojawiło się (teoretycznie) już w latach 70. XX wieku, gdy symulacje komputerowe dynamiki układów planetarnych wykazały, że perturbacje grawitacyjne mogą wyrzucać planety z orbit poza obszar dominacji grawitacyjnej gwiazdy macierzystej. Pierwsze empiryczne dowody przyniosły lata 90. dzięki obserwacjom mikrosoczewkowania grawitacyjnego – zjawiska, w którym masywny obiekt zakrzywia światło odległej gwiazdy, tworząc efemeryczny „obraz” soczewkowy. W 1998 r. zespół OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) zidentyfikował pierwsze planety kandydatki.

Przełom nastąpił w 2011 r., gdy OGLE ogłosił odkrycie 10 planet swobodnych o masach od 1 do 10 mas Jowisza. Kolejne potwierdzenia przyszły z projektów MOA (Microlensing Observations in Astrophysics) i KMTNet (Korea Microlensing Telescope Network). Do 2026 r. zarejestrowano ponad 200 takich obiektów, w tym w gromadach otwartych jak Plejady (gdzie JWST – James Webb Space Telescope – potwierdził ich obecność w 2023 r.) i gromadach kulistych jak Messier 4. Definicja obejmuje ciała o masach poniżej progu fuzji deuteru (ok. 13 mas Jowisza), co odróżnia je od brązowych karłów, czyli „nieudanych gwiazd”.

Jak powstają planety swobodne?

Planety swobodne powstają na dwa główne sposoby. Pierwszy to ekspulsja (wyrzucenie, wydalenie) z układu macierzystego. W młodych gromadach gwiezdnych, gęsto upakowanych, gwiazdy i ich planety oddziałują grawitacyjnie. Symulacje N-body (np. z projektu REBOUND) pokazują, że w 5-20% przypadków planety gazowe są wyrzucane z prędkością ucieczki (ok. 20-50 km/s względem gwiazdy). 

Drugi mechanizm to pierwotna kondensacja. W rozległych obłokach molekularnych (np. w ramionach spiralnych galaktyk) fragmenty gazu i pyłu mogą skupiać się i zagęszczać bezpośrednio w planety, bez centralnej gwiazdy. 

Rzadziej obserwuje się trzeci typ powstawania planet swobodnych, „porwane” planety – wyrwane z macierzystego układu przez oddziaływanie grawitacyjne mijającej gwiazdy.

Metody obserwacji

Bezpośrednie obrazowanie w podczerwieni ujawnia ich promieniowanie termiczne (3-20 mikrometrów). Tu pozwolę sobie na niewielką dygresję. Postęp technologiczny oznacza, że dokładność i czułość przyrządów pomiarowych rośnie. Jest to tak oczywiste, że dziwię się, że nie zostało nazwane prawem przyrody i opatrzone odpowiednimi wzorami matematycznymi (jak prawo Moore’a dotyczące wzrostu mocy obliczeniowej procesorów). Oznacza to także, że jesteśmy w stanie coraz dokładniej rejestrować i mierzyć wpadające w obiektywy teleskopów światło. Nie będzie przesadą, jeśli napiszę, że możemy rejestrować pojedyncze fotony.

Zjawisko mikrosoczewkowania grawitacyjnego znamy od dawna. Jest to bardzo użyteczna metoda obserwacji pośredniej obiektów kosmicznych, których nie widać (gdyż nie świecą własnym światłem). Mogą to być czarne dziury, mogą być skupiska zwykłej materii, które nie zostały jeszcze ściśnięte tak, aby zainicjować reakcje termojądrowe albo nie są na tyle masywne, żeby samoistnie świecić. Na przykład planety swobodne.

Zjawisko mikrosoczewkowania grawitacyjnego polega na obserwacji odległej gwiazdy, której jasność ulega gwałtownej zmianie, z jednoczesnym zniekształceniem obrazu. Ilustracją tego zjawiska jest poniższy filmik Youtube firmowany przez Uniwersytet Warszawski:

Polska odegrała pionierską rolę w odkrywaniu samotnych planet dzięki projektowi OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment), prowadzonym przez Uniwersytet Warszawski pod kierunkiem prof. Andrzeja Udalskiego. OGLE to jeden z najskuteczniejszych programów monitoringu nieba, skupiony na mikrosoczewkowaniu grawitacyjnym – zjawisku, w którym samotne planety zakrzywiają światło odległych gwiazd. OGLE to program międzynarodowy, a polski udział jest nie do przecenienia. OGLE wystartował w 1992 r. z Teleskopu Warszawskiego (1,3 m) w Obserwatorium Las Campanas w Chile. Początkowo szukał czarnych dziur i ciemnej materii, ale szybko przeszedł do planet swobodnych.

Pierwsze planety swobodne zgłoszono w 2012 r. (planeta OGLE-2011-BLG-0265Rb o masie Ziemi). Polscy astronomowie (Udalski, Szymański, Mróz, Poleski, Skowron) opracowali metody obserwacji i analizy krótkich zdarzeń tego typu (<0,5 dnia), kluczowych dla planet swobodnych.

Znaczenie wkładu polskiego

OGLE dostarczyło 50-70% wszystkich detekcji samotnych planet. Prace Polaków (ponad 300 publikacji) ustanowiły standardy modelowania θ_E (kąt Einsteina). Prof. Udalski otrzymał za to nagrody: Złoty Medal PN im. Kopernika (2012), nagrodę Fizeau (ESA).

Polski wkład nie tylko ujawnił „planety bez gwiazd”, ale także zrewolucjonizował poszukiwania egzoplanet, będąc inspiracją dla misji Euclid (polecam tekst Euclid, czyli kolejny teleskop w punkcie Lagrange’a) i Roman Telescope.

Podsumowanie

Teleskop Nancy Grace Roman został zbudowany specjalnie w celu odkrywania planet swobodnych poprzez wychwytywanie i obserwację zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego. Zostanie wystrzelony w przestrzeń w roku 2027. Ma średnicę lustra 2,4 m (jak Hubble), ale pole widzenia 100 razy szersze dzięki kamerze Wide Field Instrument (WFI) z 18 detektorami CCD (300 megapikseli). Pracuje w zakresie widzialnym i bliskiej podczerwieni (0,5-2,3 μm). 

Samotne planety to możliwość badania dynamiki tzw. żłobków gwiezdnych. Liczbę planet swobodnych szacuje się na 10⁹-10¹¹ w samej Drodze Mlecznej – więcej niż gwiazd! Stanowią 1-10% masy ISM (Interstellar Medium, materia międzygwiezdna). Mogą odgrywać zasadniczą rolę w „rozsiewaniu” materii organicznej (astrobiologia).

Autor

Wiesław Seweryn

Jestem informatykiem i analitykiem. Przez trzy lata prezentowałem dane epidemiczne na Twitterze jako @docent_ws. W gronie pasjonatów z Twitterowej Akademii Nauk (TAN) uzupełniamy wiedzę na temat Covid-19. Na BlueSky jako ‪@wieslawseweryn.bsky.social‬. Piszę o informatyce i Kosmosie, recenzuję i polecam książki popularnonaukowe. Walczę z dezinformacją, którą uważam za największe zagrożenie ery social-mediów, zwłaszcza wspieraną przez niekontrolowaną tzw. "sztuczną inteligencję".

Ostatnie wpisy

Archiwum autora

• EM poleca18 marca 2026EM poleca (#49): Stephen Witt „Maszyna myśląca. Jensen Huang, Nvidia i najbardziej pożądany chip na świecie”
• astronomia9 marca 2026Planety swobodne i mikrosoczewkowanie grawitacyjne
• EM poleca4 lutego 2026EM poleca (#43) Leo Porter, Daniel Zingaro „Programuj ze sztuczną inteligencją”
• EM poleca14 stycznia 2026EM poleca (#41) Ryan Day „Interfejsy API w AI i Data Science. Programowanie w Pythonie z użyciem FastAPI”