С тех пор, как она была развернута в марте 2009 года, миссия Kepler обнаружила тысячи кандидатов в солнечные планеты. Фактически, в период с 2009 по 2012 год было выявлено в общей сложности 4496 кандидатов и подтверждено существование 2337 экзопланет. Даже после того, как два из его реактивных колес вышли из строя, космическому кораблю все же удалось развернуть далекие планеты в рамках своей миссии К2, получив еще 521 кандидата и подтвердив 157.
Однако, согласно новому исследованию, проведенному парой исследований из Колумбийского университета и ученого-гражданина, Кеплер, возможно, также обнаружил свидетельство сверхсолнечной луны. После изучения данных о сотнях транзитов, обнаруженных миссией Кеплера, исследователи обнаружили один случай, когда транзитная планета демонстрировала признаки наличия спутника.
Их исследование, которое недавно было опубликовано в Интернете под заголовком «HEK VI: о недостатке аналогов Галилея в Кеплере и кандидате в экзомоны Кеплер-1625b I», было проведено Алексом Тичи, аспирантом Колумбийского университета и аспирантом-исследователем с Национальный научный фонд (ННФ). К нему присоединились Дэвид Киппинг, доцент кафедры астрономии в Колумбийском университете и главный исследователь проекта «Охота за экзомунами с Кеплером» (HEK), и Аллан Шмитт, гражданин-ученый.
В течение многих лет доктор Киппинг искал в базе данных Kepler свидетельства об экзомонах в рамках HEK. Это неудивительно, если учесть, какие возможности существуют для научных исследований. В рамках нашей Солнечной системы изучение естественных спутников выявило важные вещи о механизмах, которые управляют ранним и поздним образованием планет, и луны обладают интересными геологическими особенностями, которые обычно встречаются на других телах.
Именно по этой причине расширение исследований на охоту на экзопланеты представляется необходимым. Уже такие миссии по охоте на экзопланет, как Кеплер, открыли множество планет, которые бросают вызов традиционным представлениям о том, как возможно формирование планет и какие планеты. Самым примечательным примером являются газовые гиганты, которые наблюдали на орбите очень близко к своим звездам («Горячие Юпитеры»).
Таким образом, изучение экзомун может дать ценную информацию о том, какие спутники возможны, и являются ли наши собственные спутники типичными. Как Teachey сказал Space Magazine по электронной почте:
«Экзомуны могут многое рассказать нам о формировании нашей Солнечной системы и других звездных систем. Мы видим луны в нашей Солнечной системе, но распространены ли они в других местах? Мы склонны так думать, но мы не можем знать наверняка, пока не увидим их. Но это важный вопрос, потому что, если мы узнаем, что там не очень много лун, это говорит о том, что, возможно, что-то необычное происходило в нашей Солнечной системе в первые дни, и это может иметь серьезные последствия для того, как жизнь возникла на Земля. Другими словами, история нашей Солнечной системы распространена по всей галактике, или у нас очень необычная история происхождения? И что это говорит о шансах жизни, возникающих здесь? Exomoons должны предложить нам ответы на эти вопросы ».
Более того, многие спутники в Солнечной системе, включая Европу, Ганимед, Энцелад и Титан, считаются потенциально обитаемыми. Это связано с тем, что эти тела имеют постоянные запасы летучих веществ (таких как азот, вода, диоксид углерода, аммиак, водород, метан и диоксид серы) и обладают внутренними механизмами нагрева, которые могут обеспечить необходимую энергию для питания биологических процессов.
Здесь также изучение экзомун представляет интересные возможности, например, могут ли они быть обитаемыми или даже похожими на Землю. По этим и другим причинам астрономы хотят видеть, есть ли на планетах, которые были подтверждены в далеких звездных системах, системы лун и каковы условия на них. Но, как указал Тичи, поиск экзомонов представляет ряд проблем по сравнению с охотой на экзопланеты:
«Лун трудно найти, потому что 1) мы ожидаем, что они будут довольно маленькими большую часть времени, то есть транзитный сигнал будет довольно слабым, и 2) каждый раз, когда планета проходит, луна будет появляться в другом место. Это затрудняет их обнаружение в данных, а моделирование транзитных событий значительно дороже в вычислительном отношении. Но наша работа использует луны, появляющиеся в разных местах, принимая усредненный по времени сигнал через множество различных транзитных событий и даже через множество различных экзопланетных систем. Если спутники есть, они со временем будут излучать сигнал с обеих сторон планетарного транзита. Затем нужно смоделировать этот сигнал и понять, что он означает с точки зрения размера луны и частоты появления ».
Чтобы найти признаки экзомун, Тичи и его коллеги провели поиск в базе данных Kepler и проанализировали транзиты 284 кандидатов в экзопланеты перед их соответствующими звездами. Размер этих планет варьировался от земного до Юпитера в диаметре, и они вращались вокруг своих звезд на расстоянии от ~ 0,1 до 1,0 а.е. Затем они смоделировали кривую блеска звезд, используя методы свертывания фаз и укладки.
Эти методы обычно используются астрономами, которые отслеживают звезды на предмет падения яркости, вызванного транзитом планет (то есть методом транзита). Как объяснил Тичей, процесс очень похож:
«По сути, мы разрезаем данные временного ряда на равные части, каждая часть имеет один транзит планеты в середине. И когда мы складываем эти куски вместе, мы можем получить более четкое представление о том, как выглядит транзит ... Для поиска на Луне мы делаем то же самое, только теперь мы смотрим на данные за пределами основного планетарного транзита. Как только мы сложим данные, мы берем средние значения всех точек данных в определенном временном окне и, если луна присутствует, мы должны увидеть там какой-то отсутствующий звездный свет, который позволяет нам определить его присутствие ».
Они нашли единственного кандидата, находящегося в системе Кеплер-1625, желтую звезду, расположенную примерно в 4000 световых лет от Земли. Обозначенная Kepler-1625B I, эта луна вращается вокруг большого газового гиганта, который находится в обитаемой зоне звезды, в 5,9-11,67 раз больше Земли, и вращается вокруг своей звезды с периодом 287,4 дня. Этот кандидат, если таковой будет подтвержден, станет первым из когда-либо обнаруженных кандидатов.
Результаты группы (которые ожидают экспертной оценки) также показали, что крупные луны встречаются редко во внутренних областях звездных систем (в пределах 1 а.е.). Это было чем-то удивительным, хотя Тичи признает, что это согласуется с недавней теоретической работой. Согласно некоторым недавним исследованиям, большие планеты, такие как Юпитер, могут потерять свои луны, когда они мигрируют внутрь.
Если это подтвердится, то то, что засвидетельствовал Тичей и его коллеги, могло бы рассматриваться как свидетельство этого процесса. Это также может указывать на то, что наши текущие миссии по поиску экзопланет могут не соответствовать задаче обнаружения экзомун. Ожидается, что в ближайшие годы в миссиях следующего поколения будет проведен более подробный анализ далеких звезд и их планетных систем.
Однако, как указал Тичи, они тоже могут быть ограничены с точки зрения того, что они могут обнаружить, и в конечном итоге могут потребоваться новые стратегии:
«Редкость лун во внутренних областях этих звездных систем говорит о том, что отдельные данные о лунах будет трудно найти в данных Кеплера, а предстоящие миссии, такие как TESS, которые должны найти множество планет с очень короткими периодами, также будут трудно найти эти луны. Вероятно, спутники, которые мы все еще ожидаем где-то там, находятся во внешних областях этих звездных систем, так же, как и в нашей Солнечной системе. Но эти регионы гораздо сложнее исследовать, поэтому нам нужно будет еще более умно понять, как мы выглядим для этих миров с существующими и ближайшими наборами данных ».
Между тем, мы, конечно, можем быть взволнованы тем фактом, что первый экзомун, похоже, был обнаружен. Пока эти результаты ожидают экспертной оценки, подтверждение этой луны будет означать дополнительные исследовательские возможности для системы Kepler-1625. Тот факт, что эта луна вращается внутри обитаемой зоны звезды, также является интересной особенностью, хотя вряд ли сама луна пригодна для обитания.
Тем не менее, возможность обитаемой луны на орбите газового гиганта, безусловно, интересна. Похоже ли это на то, что могло бы появиться в некоторых фантастических фильмах?
