Obraz artysty ziemskiego egzomoonu krążącego wokół gigantycznej planety gazowej.
(Zdjęcie: © NASA / JPL-Caltech)
Zeszłego lata naukowcy ogłosili, że znaleźli coś, co może być pierwszym księżycem wykrytym poza Układem Słonecznym. Ale nowe badania nad rzekomą ewolucją Księżyca podważają jego istnienie.
Jeśli istnieje, księżyc jest najprawdopodobniej dużym obiektem wielkości Neptuna, krążącym wokół jeszcze większej gazowo-gigantycznej planety. Naukowcy twierdzą jednak, że nieporęczny system stara się zrozumieć, w jaki sposób mógł on powstać.
W lipcu 2017 r. Naukowcy niechętnie ogłosili możliwe odkrycie egzomoonu. Planeta kandydująca zidentyfikowana przez teleskop Keplera NASA ujawniła nieregularne spadki w świetle płynącym z gwiazdy planety, co sugeruje możliwość księżyca. Po tym, jak łowca exomoonów, David Kipping z Columbia University w Nowym Jorku, poprosił o czas w Kosmicznym Teleskopie Hubble'a, aby śledzić niezwykłą aktywność, różne media badały badania. Doprowadziło to Kippinga i Alexa Teachey'ego z Kolumbii, głównego naukowca zajmującego się potencjalnym odkryciem, do ogłoszenia możliwości pierwszego zobaczenia egzomoonu.
René Heller, astrofizyk z Instytutu Maxa Plancka w Niemczech, skorzystał z okazji, aby samodzielnie przeanalizować dane Keplera. Oprócz wskazania zakresu wielkości potencjalnego księżyca, Kepler 1625 b-i, zbadał również jego możliwe metody formowania. [Najbardziej intrygujące odkrycia Alien Planet z 2017 roku]
„Okazuje się, że Kepler 1625 b-i w rzeczywistości nie jest dobrym kandydatem na egzomoon”, powiedział Heller do Space.com za pośrednictwem poczty elektronicznej, wskazując, że oryginalny zespół badawczy stwierdził, że same dane Keplera są niejednoznaczne. (Właśnie dlatego planowali śledzenie za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble'a). Duża część problemu wynika z faktu, że gwiazda macierzysta jest tak daleko od Ziemi, że wydaje się słaba, co powoduje słabą jakość danych, powiedział Heller.
„Najważniejsze jest to, że Kepler 1625 b-i jest do tej pory jednym z najlepszych kandydatów exomoon, ale nadal nie jest dobrym kandydatem” - powiedział Heller.
„Mały układ słoneczny”
W ziemskim układzie słonecznym księżyce są dość powszechne; tylko Merkury i Wenus nie mają skalistych ani lodowych satelitów. Chociaż większość księżyców naszego Układu Słonecznego jest niegościnna dla życia, jakie znamy, trzy potencjalnie nadają się do zamieszkania. Europa Jowisza zawiera ciekły ocean pod lodową skorupą księżyca. Wokół Saturna lodowy księżyc Enceladus również gości ocean, podczas gdy smogowaty Tytan ma jeziora metanu i etanu, które mogły pozwolić na powstanie życia innego niż na Ziemi. Tak więc, jedyna nadająca się do zamieszkania planeta Układu Słonecznego (Ziemia) ma przewagę liczebną nad potencjalnie zamieszkanymi księżycami tego układu.
To może oznaczać dobrą wiadomość dla tych, którzy szukają życia na księżycach wokół innych gwiazd. Heller powiedział, że nawet jeśli niewiele planet jest w stanie pomieścić życie, jakie znamy, ich księżyce mogą się nadawać do zamieszkania.
„Po trudnej stronie księżyce powinny być znacznie mniejsze i lżejsze niż ich planety” - powiedział Heller. „Tego po prostu uczymy się z obserwacji księżyców Układu Słonecznego”.
Ponieważ obiekty o większej masie lub promieniu są łatwiejsze do znalezienia z daleka, czy to planety, czy księżyce, co sprawia, że naturalne satelity są trudniejsze do zauważenia, powiedział Heller.
Kiedy Kepler poluje na planety, robi to, obserwując światło płynące z gwiazdy w sposób, który naukowcy nazywają krzywą światła. (Kepler nie badał jednej gwiazdy na raz, ale zamiast tego badał tysiące gwiazd naraz.) Kiedy planeta porusza się między gwiazdą a Ziemią, światło gwiazdy przygasa, umożliwiając badaczom określenie wielkości planety. Naukowcy obserwują wiele przejść, aby określić, jak długo planeta okrąża swoją gwiazdę.
Pierwotni badacze zauważyli, że jeden obiekt, Kepler 1625 b, był taki, że zawiera dziwny wtórny spadek. Heller wykorzystał publicznie dostępny zestaw danych Keplera do zbadania trzech tranzytów obiektu wielkości Jowisza poruszającego się po gwieździe, a także niektórych drgań, które mogły być spowodowane przez księżyc krążący wokół obiektu.
„Jeśli i tylko wtedy, gdy te dodatkowe ruchy naprawdę wywodzą się z Księżyca, możliwe jest wyprowadzenie masy i promienia zarówno planety, jak i księżyca z dynamiki układu planeta-księżyc, który można uzyskać z krzywej światła - powiedział Heller.
Heller ustalił, że masywny obiekt może być czymkolwiek, od planety nieco masywniejszej niż Saturn, po brązowego karła, prawie gwiazdą, która nie jest wystarczająco masywna, aby spowodować zapłon w jądrze, a nawet gwiazdą o bardzo małej masie (VLMS), która jedna dziesiąta masy Słońca. Proponowany księżyc może mieć zasięg od satelity gazowego o masie ziemskiej po towarzysza skał i wody bez atmosfery.
Heller doszedł do wniosku, że egzomoon masy Neptuna wokół gigantycznej planety lub brązowego karła o niskiej masie nie pasowałby do relacji skalowania masy występującej w księżycach naszego Układu Słonecznego. Podczas gdy Ziemia i Pluton mają duże księżyce w porównaniu z rozmiarami planet, gazowe olbrzymy Układu Słonecznego mają księżyce bliższe od 0,01 do 0,03 procent wielkości planet, zgodnie z Planetary Habitability Laboratory na Uniwersytecie w Puerto Rico.
Wcześniejsze teorie przewidywały, że związek ten powinien rozciągać się na większe światy, zdając się wykluczać istnienie potencjalnego egzomoonu. Z drugiej strony, mini-Neptuna wokół masywnego brązowego karła lub VLMS byłby bardziej zgodny z tym stosunkiem, powiedział Heller. [Z czego składa się księżyc?]
„Jeśli pierwotny obiekt tranzytowy jest gwiazdą o bardzo niskiej masie, a jego towarzysz wielkości Neptuna rzeczywiście istnieje, to zobaczylibyśmy mały układ słoneczny na orbicie wokół gwiazdy podobnej do Słońca w przybliżeniu odległości Ziemi od Słońca To byłoby coś samo w sobie! ” Powiedział Heller.
Powiedział, że nawet bez potencjalnego egzomoonu nadającego się do zamieszkania, mały układ słoneczny może pomóc naukowcom zrozumieć, jak kształtują się światy.
„Gdyby pierwotnym [obiektem] był [brązowy karzeł] lub VLMS z dużym towarzyszem, to stanowiłoby to fascynujący most między formowaniem się planet wokół gwiazd i formowaniem się księżyca wokół gigantycznych planet” - powiedział Heller.
Heller opublikował swoje badania na serwerze preprint arXiv.
Narodziny księżyców
Mając szacunki dotyczące księżyca i planety - lub gwiazdy - Heller postanowił przyjrzeć się, jak mógł powstać księżyc.
„Księżyce w Układzie Słonecznym służą jako wskaźniki kształtowania się i ewolucji planet-gospodarzy” - powiedział w nowym artykule. „Można zatem oczekiwać, że odkrycie księżyców wokół planet pozasłonecznych może dać zasadniczo nowy wgląd w tworzenie i ewolucję egzoplanet, których nie można uzyskać jedynie na podstawie obserwacji egzoplanet”.
Mając to na uwadze, Heller zastosował trzy różne modele formowania się księżyca w Układzie Słonecznym do nowego potencjalnego egzomoonu.
Najpierw był model zderzenia, który opisuje, w jaki sposób naukowcy sądzą, że powstał księżyc Ziemi. Kiedy wielkie ciało uderzyło w Ziemię miliardy lat temu, gruz wykuty z planety stworzył nowego towarzysza. Według Hellera szczególną cechą tego modelu jest wysoki stosunek wielkości satelitów do planet. Podczas gdy duży rozmiar proponowanego księżyca w porównaniu z jego gospodarzem byłby zgodny z uderzeniem, wyraził zaniepokojenie, że masa planety lub gwiazdy-gospodarza była znacznie wyższa niż masa jakiejkolwiek planety w Układzie Słonecznym Ziemi.
W drugim modelu formowania się księżyca rozwijają się z gazu i pyłu pozostałego po narodzinach planety, i tak powstaje większość księżyców gigantów gazowych. Heller napisał w artykule, że współczynnik skalowania masy, który sprawia, że księżyce są znacznie mniejsze niż ich planety, jest naturalnym wynikiem formowania się księżyca w pozbawionym gazu środowisku wokół ukończonej planety. Ten sam związek sprawia, że ta metoda formacji jest mało prawdopodobna, powiedział.
„Jeśli można potwierdzić towarzysza wokół Keplera 1625b, a oba obiekty można zweryfikować jako obiekty gazowo-gigantyczne, trudno byłoby zrozumieć, w jaki sposób te dwie planety gazowe mogłyby powstać poprzez gigantyczne uderzenie lub narastanie in situ w ich obecne orbity wokół gwiazdy - napisał Heller.
Pozostała możliwość polega na tym, że odległy świat uchwycił obiekt wielkości Neptuna. Uważa się, że księżyc Neptuna, Tryton i oba księżyce marsjańskie uformowały się w ten sposób. Egzomoon mógł pierwotnie uformować się z towarzyszem wielkości Ziemi, zanim zostanie odciągnięty od niego przez grawitację większego obiektu, powiedział Heller. Ustalił, że złapanie obiektu o masie Neptuna przez Keplera 1625 b jest możliwe w obecnym położeniu planety.
Mimo to, chociaż takie uchwycenie jest w zasadzie możliwe, Heller powiedział Space.com, że uważa scenariusz za „bardzo mało prawdopodobny”.
I choć naukowcy trzymają się obecnie tych trzech różnych scenariuszy formowania się księżyca dla planet wokół Słońca, to nie znaczy, że naturalne satelity nie mogłyby się uformować inaczej, powiedział Heller.
„Możliwe, że ten system faktycznie powstał dzięki mechanizmowi, którego nie widzieliśmy w Układzie Słonecznym” - powiedział Heller.
Zasugerował alternatywną teorię, podobną do teorii formowania gigantycznych planet, w której oba obiekty powstały jako układ podwójny planet skalistych. Para mogła pobierać gaz z dysku resztek materiału, podobnie jak proces, w którym formują się gigantyczne planety, a przyszła planeta zużywa więcej gazu niż jej niedoszły księżyc. Ostrzegł, że to spekulacje i że oba obiekty mogą nie być stabilne w długich okresach czasu.
Mimo to, jeśli egzomoon wielkości Neptuna wokół Keplera 1625 b jest prawdziwy, nowy system może zapewnić intrygujące spojrzenie na formowanie się księżyca poza Układem Słonecznym, powiedział Heller.
Dane Keplera nie są jedynymi dostępnymi badaniami. W październiku Teachey i Kipping przyjrzeli się systemowi za pomocą Hubble'a. Wyniki tych obserwacji powinny zostać wkrótce ogłoszone.
Do tego czasu jednak nie wygląda to dobrze na potencjalny exomoon.
„Niezwykłe twierdzenie o egzomoonie nie jest poparte nadzwyczajnymi dowodami na to” - powiedział Heller.
