Układ Wolszczana – co krąży wokół pulsara w Pannie

Oddalony o 2300 lat świetlnych od Ziemi w kierunku gwiazdozbioru Panny, pulsar PSR B1257+12 został odkryty przez polskiego astronoma Aleksandra Wolszczana 9 lutego 1990 roku za pomocą radioteleskopu Arecibo. Jest to pulsar milisekundowy (rodzaj gwiazdy neutronowej), z okresem rotacji 6,22 milisekundy (9650 obr/min) Bardzo szybko zauważono anomalie w okresie pulsacji, co doprowadziło do zbadania przyczyny nieregularnych impulsów. W 1992 roku Wolszczan i Dale Frail opublikowali słynny artykuł o pierwszym potwierdzonym odkryciu planet poza naszym Układem Słonecznym. Dwa lata później odkryto jeszcze jedną planetę krążącą wokół tego pulsara.

Frail i Wolszczan w czasie obserwacji za pomocą Obserwatorium Arecibo dostrzegli regularny spadek jasności pulsara powodowanych przez krążące wokół niego planety. Sądzono wówczas jednak, że planety mogą krążyć wyłącznie wokół gwiazd ciągu głównego, podobnych do Słońca. Eksplozja supernowej, która prowadzi do powstania pulsara, powinna zniszczyć planety. Dodatkowe wątpliwości budziły wcześniejsze badania nad innym pulsarem PSR 1829-10, którego również podejrzewano o posiadanie planet. Okazało się, że taka hipoteza wynikała z błędnie przeanalizowanych danych. Dokładne badania PSR 1257+12 wykazały jednak, że Wolszczan oraz Frail mieli rację i pulsar ma układ planetarny.

Położenie pulsara PSR1257+12 (Lich) w gwiazdozbiorze Panny

9 stycznia 1992 roku w czasopiśmie naukowym Nature ukazał się artykuł obydwu astronomów: A planetary system around the millisecond pulsar PSR1257 + 12 (System planetarny wokół pulsara milisekundowego PSR1257 + 12). Dwie planety: PSR1257+12b (okres orbitalny 66 dni) i PSR1257+12c (jeden obieg co 98 dni) stały się tym samym pierwszymi w historii potwierdzonymi egzoplanetami. W 1994 roku Wolszczan odkrył PSR1257+12d, maleńką trzecią egzoplanetę orbitującą raz na 25 dni. W czasie odkrycia planety zostały oznaczone jako PSR 1257+12 A, B i C, w kolejności rosnącej odległości. Zostały odkryte przed ustaleniem ogólnej zasady, że planety pozasłoneczne otrzymują oznaczenia składające się z nazwy gwiazdy, po której następują małe rzymskie litery zaczynające się od „b”, w kolejności chronologicznej odkryć. 

Porównanie wielkości PSR B1257+12b (Draugr) z Ziemią na podstawie różnych modeli.

W 2014 roku Międzynarodowa Unia Astronomiczna ogłosiła konkurs Name Exoworlds (w którym brali udział internauci z całego świata), w wyniku którego sam pulsar został nazwany Lich, a planety 12b, 12c i 12d otrzymały nazwy: Draugr, Poltergeist i Phobetor. Nazwy przypisane do wspomnianych obiektów pochodzą z mitologii i fantasy – Lich (nazwa zaproponowana przez pracowników Planetarium Südtirol Alto Adige we Włoszech) to nieumarły nekromanta konktrolujących innych za pomocą magii w grach i literaturze fantasy. Nazwa Draugr pochodzi z mitów nordyckich, Poltergeist to z języka niemieckiego „hałaśliwy duch” znany głównie z kultowego horroru, a Phobetor jest postacią z mitologii greckiej, synem Hypnosa i bratem Morfeusza. Przyjęte nazwy nie są bynajmniej przypadkowe. Pulsar PSR 1257+12 to tak naprawdę martwa gwiazda, która niszczy wszystko wokół łącznie z pobliskimi planetami potężnym promieniowaniem. 

Draugr to najbardziej wewnętrzny obiekt krążący wokół pulsara i najpóźniej odkryta z trójki planet (22 kwietnia 1994 rok). Jest mniej więcej dwa razy masywniejsza od Księżyca i jest wymieniona jako najmniej masywna ze znanych planet (z dokładnie określoną masą), nawet biorąc pod uwagę planety Układu Słonecznego. Okres orbitalny (rok) tej planety to zaledwie 25 dni. Planeta porusza się po orbicie o promieniu ok 5 razy mniejszym niż orbita Ziemii (0,19 AU). W 1997 roku pojawiła się hipoteza, jakoby źródłem zaburzeń powodujących wrażenie, że istnieje planeta Draugr, był potężny wiatr gwiazdowy wytwarzany przez pulsar. Została ona odrzucona.

Porównanie wielkości planet Poltergeist / Phobetor z Ziemią i Neptunem na podstawie różnych modeli.

Poltergeist to planeta ponad czterokrotnie masywniejsza od Ziemi, okrążająca gwiazdę w odległości 0,36 AU z okresem orbitalnym około 66 dni. Ponieważ on i Phobetor mają bardzo podobne masy (około 4 masy Ziemi, Poltergeist wydaje się być nieco większy – nawet do 4,3 masy Ziemi) i krążą blisko siebie, oczekiwano, że będą powodować wymierne zakłócenia na swoich orbitach. Wykrycie takich perturbacji potwierdziło, że planety są prawdziwe. Dokładne masy obu planet, a także ich nachylenia, obliczono na podstawie tego, jak bardzo planety wzajemnie oddziałują.

Phobetor okrąża swoją gwiazdę macierzystą mniej więcej co 98 dni w odległości 0,46 AU (dla porównania odległość Merkurego od Słońca wynosi 0,38 AU). Masę Phobetora szacuje się na 3,9 mas Ziemi, a jej promień na ok. 1,5 promienia naszej planety. 

W 1996 roku ogłoszono, że potencjalny gazowy gigant podobny do Saturna (około 100 mas Ziemi) okrąża pulsar w odległości około 40 jednostek astronomicznych. Pierwotna hipoteza została wycofana, a reinterpretacja danych doprowadziła do nowej hipotezy o planecie karłowatej wielkości jednej piątej Plutona krążącej w średniej odległości orbitalnej 2,4 AU z okresem orbitalnym około 4,6 roku. Hipoteza planety karłowatej również została wycofana, ponieważ dalsze obserwacje wykazały, że anomalie pulsacyjne, które wcześniej uważano za ujawniające czwarte ciało orbitalne, „nie są okresowe i można je w pełni wyjaśnić w kategoriach powolnych zmian w samej naturze pulsara”.

Odkrycie Wolszczana i Fraila zainspirowało kolejne poszukiwania planet krążących wokół innych pulsarów, ale okazało się, że takie układy planetarne są bardzo rzadkie; tylko cztery inne planety krążące wokół pulsarów (PSR B1620-26, PSR B0943 + 10 i PSR B0329 + 54), zostały do tej pory potwierdzone.

Artystyczna wizja planet układu PSR B1257+12