Изображение художника похожего на Землю exomoon, вращающегося вокруг планеты газового гиганта.
(Изображение: © NASA / JPL-Caltech)
Прошлым летом ученые объявили, что они нашли то, что могло быть первой луной, замеченной за пределами солнечной системы. Но новое исследование предполагаемой эволюции Луны ставит под вопрос ее существование.
Если она существует, то, скорее всего, Луна - это большой объект размером с Нептун, вращающийся вокруг еще более крупной газовой планеты-гиганта. Но громоздкая система напрягает понимание того, как она могла сформироваться, считают исследователи.
В июле 2017 года ученые неохотно объявили о возможном открытии exomoon. Планета-кандидат, идентифицированная телескопом НАСА "Кеплер", обнаружила наклонные провалы в свете, исходящем от звезды планеты, что указывает на возможность луны. После того, как охотник за экс-лунами Дэвид Киппинг из Колумбийского университета в Нью-Йорке запросил время на космическом телескопе Хаббла для наблюдения за необычной деятельностью, различные СМИ исследовали исследование. Это привело к тому, что ведущий ученый по потенциальному открытию Киппинг и колумбийский Алекс Тичей объявили о возможности первого наблюдения exomoon.
Рене Хеллер, астрофизик из Института Макса Планка в Германии, воспользовался возможностью независимо проанализировать данные Кеплера. В дополнение к выявлению диапазона размеров для потенциальной луны, Kepler 1625 b-i, он также исследовал ее возможные методы формирования. [Самые интригующие открытия чужой планеты 2017 года]
«Оказывается, что Kepler 1625 b-i, на самом деле, не является хорошим кандидатом на роль экзомуна», - сказал Хеллер Space.com по электронной почте, указав, что первоначальная исследовательская группа сказала, что одни только данные Kepler были неоднозначными. (Вот почему они планировали использовать космический телескоп Хаббла.) Большая часть проблемы связана с тем, что родительская звезда находится так далеко от Земли, что кажется тусклой, что приводит к низкому качеству данных, сказал Хеллер.
«Суть в том, что Kepler 1625 b-i до сих пор является одним из лучших кандидатов в exomoon, но все еще не является хорошим кандидатом», - сказал Хеллер.
"Крошечная солнечная система"
В солнечной системе Земли луны довольно распространены; только Меркурий и Венера не имеют скалистых или ледяных спутников. В то время как большинство лун нашей солнечной системы негостеприимны к жизни, как мы ее знаем, три потенциально обитаемы. Европа Юпитера содержит жидкий океан под ледяной коркой Луны. Вокруг Сатурна, ледяная луна Энцелад также содержит океан, в то время как в туманном Титане есть озера метана и этана, которые могли бы сформировать тип жизни, отличный от того, что на Земле. Таким образом, единственная обитаемая планета Солнечной системы (Земля) превзойдена численностью потенциально обитаемыми спутниками системы.
Это может означать хорошие новости для тех, кто ищет жизнь на спутниках вокруг других звезд. По словам Хеллера, даже если немногие планеты способны принимать жизнь, какой мы ее знаем, их спутники могут оказаться пригодными для обитания.
«С другой стороны, ожидается, что луны будут значительно меньше и легче, чем их планеты», - сказал Хеллер. «Это просто то, что мы узнаем из наблюдений спутников Солнечной системы».
По словам Хеллера, поскольку объекты с большей массой или радиусом легче найти издалека, будь то планеты или спутники, это затрудняет обнаружение естественных спутников.
Когда Кеплер охотится на планеты, он делает это, наблюдая за потоком света от звезды, который ученые называют кривой света. (Кеплер не изучал одну звезду за раз, но вместо этого исследовал тысячи звезд одновременно.) Когда планета перемещается между своей звездой и Землей, свет звезды тускнеет, что позволяет исследователям определять размер планеты. Исследователи наблюдают за несколькими проходами, чтобы определить, сколько времени потребуется планете, чтобы вывести ее на орбиту.
Первоначальные исследователи заметили об одном объекте, Кеплере 1625 г., то, что он содержал странный вторичный провал. Хеллер использовал общедоступный набор данных из Кеплера, чтобы изучить три транзита объекта размером с Юпитер, движущегося через звезду, а также некоторые колебания, которые могли быть вызваны вращением Луны вокруг объекта.
«Если и только если эти дополнительные покачивания действительно происходят от луны, тогда можно получить массу и радиус планеты и луны из динамики системы планета-луна, которая может быть получена из кривой блеска Хеллер сказал.
Хеллер определил, что массивный объект может быть чем угодно, от планеты, немного более массивной, чем Сатурн, до коричневого карлика, почти звезды, недостаточно массивной, чтобы зажечь слияние в ее ядре, или даже звезды с очень низкой массой (VLMS), которая десятая масса солнца. Предполагаемая луна может варьироваться от газового спутника массы Земли до спутника «вода-камень» без атмосферы.
Хеллер пришел к выводу, что экзомун массы Нептуна вокруг гигантской планеты или коричневого карлика с малой массой не будет соответствовать соотношению масштабирования массы, обнаруженному в лунах нашей солнечной системы. В то время как Земля и Плутон имеют большие луны по сравнению с размерами планет, газовые гиганты солнечной системы имеют спутники ближе к 0,01-0,03 процентам размеров планет, согласно Лаборатории планетарной пригодности в Университете Пуэрто-Рико.
Предыдущие теории предсказывали, что эти отношения должны распространяться на более крупные миры, что, по-видимому, исключает существование потенциального exomoon. С другой стороны, по словам Хеллера, мини-Нептун вокруг коричневого карлика большой массы или VLMS будет более соответствовать этому соотношению. [Из чего сделана луна?]
«Если основным транзитным объектом является звезда с очень малой массой, и если ее спутник размером с Нептун оказывается реально существующим, то мы увидим крошечную солнечную систему на орбите вокруг солнечной звезды на расстоянии около Земли от солнца. . Это было бы что-то само по себе! Хеллер сказал.
По его словам, даже без потенциального обитаемого экзомуна крошечная солнечная система может помочь ученым понять, как формируются миры.
«Если бы основным [объектом] был [коричневый карлик] или VLMS с большим спутником, то это представляло бы собой увлекательный мост между образованием планет вокруг звезд и образованием луны вокруг планет-гигантов», - сказал Хеллер.
Хеллер опубликовал свое исследование на сервере препринтов arXiv.
Рождение лун
С оценками луны и планеты - или звезды - в руках, Хеллер решил посмотреть, как могла сформироваться луна.
«Луны в солнечной системе служат индикаторами формирования и развития планет-хозяев», - сказал он в новой статье. «Таким образом, можно ожидать, что открытие лун вокруг планет вне Солнца может дать принципиально новое понимание формирования и эволюции экзопланет, которое не может быть получено только с помощью наблюдений экзопланет».
Имея это в виду, Хеллер применил три различных модели формирования луны в Солнечной системе к новому потенциальному exomoon.
Сначала была модель удара, которая описывает, как ученые думают, что образовалась луна Земли. Когда большое тело врезалось в Землю миллиарды лет назад, обломки, вырезанные с планеты, создали нового спутника. По словам Хеллера, одной из характерных особенностей этой модели является высокое соотношение размеров спутников к планетам. Хотя большой размер предполагаемой луны по сравнению с ее хозяином будет соответствовать удару, он выразил обеспокоенность тем, что масса планеты или звезды-хозяина была намного выше, чем масса любой планеты в солнечной системе Земли.
Во второй модели формирования луны они развиваются из газа и пыли, оставшихся после рождения планеты, и именно так, как считается, образовалось большинство газовых гигантов. Геллер писал в статье, что коэффициент масштабирования массы, при котором спутники остаются намного меньшими, чем их планеты, является естественным результатом образования луны в условиях истощения газа вокруг законченной планеты. Такие же отношения делают этот метод формирования маловероятным, сказал он.
«Если спутник вокруг Кеплера 1625b может быть подтвержден, и оба объекта могут быть подтверждены как объекты газового гиганта, то было бы трудно понять, как эти две газовые планеты могли образоваться в результате гигантского удара или аккреции на месте в их текущие орбиты вокруг звезды ", написал Хеллер.
Остается возможность, что далекий мир захватил объект размером с Нептун. Считается, что луна Нептуна, Тритон и обе марсианские луны сформировались таким образом. Хеллер сказал, что экзомун мог изначально сформироваться из спутника размером с Землю, прежде чем его оттянет гравитация более крупного объекта. Он определил, что захват массой Нептуна Кеплером 1625 г. возможен в текущем местоположении планеты.
Тем не менее, хотя такой захват в принципе возможен, Хеллер сказал Space.com, что считает этот сценарий "очень маловероятным".
И хотя в настоящее время ученые придерживаются этих трех различных сценариев образования луны для планет вокруг Солнца Земли, это не означает, что естественные спутники не могли сформироваться по-другому, сказал Хеллер.
«Возможно, что эта система действительно сформировалась через механизм, которого мы не видели в солнечной системе», - сказал Хеллер.
Он предложил альтернативную теорию, похожую на теорию образования планет-гигантов, в которой два объекта начинались как двойная система каменистых планет. Пара могла бы извлечь газ из диска остатков материала, как процесс, посредством которого формируются планеты-гиганты, с будущей планетой, потребляющей больше газа, чем ее потенциальная луна. Он предупредил, что это предположение и что эти два объекта могут быть нестабильными в течение длительного периода времени.
Тем не менее, если экзомун размером с Нептун вокруг Кеплера 1625 г. является реальным, новая система может дать интригующий взгляд на формирование луны за пределами Солнечной системы, сказал Хеллер.
Данные Кеплера - не единственное доступное исследование. В октябре Тичи и Киппинг изучили систему с помощью Хаббла. Результаты этих наблюдений должны быть объявлены в ближайшее время.
До тех пор, однако, вещи не выглядят хорошими для потенциального exomoon.
«Необычайное требование экзомуна не подтверждается неопровержимыми доказательствами», - сказал Хеллер.
