Od czasu wdrożenia w marcu 2009 r. Misja Kepler wykryła tysiące kandydatów na planety pozasłoneczne. W rzeczywistości w latach 2009–2012 wykrył ogółem 4 496 kandydatów i potwierdził istnienie 2337 egzoplanet. Nawet po tym, jak dwa koła reakcyjne zawiodły, statkowi kosmicznemu udało się jednak odkryć odległe planety w ramach misji K2, odpowiadając za kolejne 521 kandydatów i potwierdzając 157.
Jednak według nowego badania przeprowadzonego przez parę naukowców z Columbia University i naukowca-obywatela, Kepler mógł również znaleźć dowody na istnienie księżyca pozasłonecznego. Po przeszukaniu danych z setek tranzytów wykrytych przez misję Kepler, naukowcy odkryli jeden przypadek, w którym planeta tranzytowa wykazywała oznaki posiadania satelity.
Ich badanie - które niedawno opublikowano online pod tytułem „HEK VI: O niedostatku analogów Galileusza w Kepler i kandydacie Exomoon Kepler-1625b I” - zostało przeprowadzone przez Alexa Teachey, doktoranta na Columbia University i Graduate Research Fellow z National Science Foundation (NSF). Dołączył do niego David Kipping, adiunkt astronomii na Columbia University i główny badacz projektu The Hunt for Exomoons with Kepler (HEK) oraz Allan Schmitt, obywatelski naukowiec.
Przez lata dr Kipping przeszukiwał bazę danych Keplera w poszukiwaniu dowodów na egzomony, w ramach HEK. Nie jest to zaskakujące, biorąc pod uwagę rodzaje możliwości, jakie egzomamy stwarzają dla badań naukowych. W obrębie naszego Układu Słonecznego badania naturalnych satelitów ujawniły ważne rzeczy na temat mechanizmów, które napędzają wczesne i późne formowanie się planet, a księżyce posiadają interesujące cechy geologiczne, które powszechnie występują na innych ciałach.
Z tego powodu rozszerzenie tych badań na polowanie na egzoplanety jest konieczne. Już teraz misje związane z polowaniem na egzoplanety, takie jak Kepler, ujawniły bogactwo planet, które podważają konwencjonalne idee dotyczące tego, jak formować się planety i jakie rodzaje planet są możliwe. Najbardziej godnym uwagi przykładem są gazowe olbrzymy, które obserwowały orbitowanie bardzo blisko swoich gwiazd (aka. „Gorące Jowisze”).
W związku z tym badanie egzomonów może dostarczyć cennych informacji o tym, jakie rodzaje satelitów są możliwe i czy nasze własne księżyce są typowe. Jak Teachey powiedział Space Magazine e-mailem:
„Egzomony mogą nam wiele powiedzieć o tworzeniu naszego Układu Słonecznego i innych układów gwiezdnych. Widzimy księżyce w naszym Układzie Słonecznym, ale czy są one powszechne gdzie indziej? Zwykle tak myślimy, ale nie możemy być tego pewni, dopóki ich nie zobaczymy. Ale to ważne pytanie, ponieważ jeśli dowiemy się, że nie ma tam zbyt wielu księżyców, sugeruje to, że może coś niezwykłego działo się w naszym Układzie Słonecznym we wczesnych dniach, a to może mieć poważne konsekwencje dla tego, jak powstało życie na Ziemi Ziemia. Innymi słowy, czy historia naszego Układu Słonecznego jest wspólna w całej galaktyce, czy też mamy bardzo niezwykłą historię pochodzenia? A co to mówi o pojawiających się tutaj szansach na życie? Exomoons oferują nam wskazówki, jak odpowiedzieć na te pytania. ”
Co więcej, wiele księżyców w Układzie Słonecznym - w tym Europa, Ganymede, Enceladus i Tytan - uważa się za potencjalnie nadających się do zamieszkania. Wynika to z faktu, że ciała te mają stałe zapasy substancji lotnych (takich jak azot, woda, dwutlenek węgla, amoniak, wodór, metan i dwutlenek siarki) i posiadają wewnętrzne mechanizmy grzewcze, które mogłyby zapewnić energię niezbędną do zasilania procesów biologicznych.
Także w tym przypadku badanie egzemonów przedstawia interesujące możliwości, takie jak to, czy mogą one nadawać się do zamieszkania, czy nawet przypominają Ziemię. Z tych i innych powodów astronomowie chcą sprawdzić, czy planety, które zostały potwierdzone w odległych układach gwiazd, mają układy księżyców i jakie są na nich warunki. Jednak, jak wskazał Teachey, poszukiwanie egzomoonów wiąże się z wieloma wyzwaniami w porównaniu z polowaniem na egzoplanetę:
„Księżyce są trudne do znalezienia, ponieważ 1) spodziewamy się, że będą one dość małe przez większość czasu, co oznacza, że sygnał tranzytowy będzie na początku dość słaby, i 2) za każdym razem, gdy planeta przechodzi, księżyc pojawi się w innym miejsce. Utrudnia to ich wykrycie w danych, a modelowanie zdarzeń tranzytowych jest znacznie droższe obliczeniowo. Ale nasza praca wykorzystuje księżyce pojawiające się w różnych miejscach, wykorzystując uśredniony czas sygnału dla wielu różnych zdarzeń tranzytowych, a nawet w wielu różnych systemach egzoplanetarnych. Jeśli księżyce tam są, w efekcie z czasem wykują sygnał po obu stronach tranzytu planetarnego. Następnie chodzi o modelowanie tego sygnału i zrozumienie, co to znaczy pod względem wielkości księżyca i częstotliwości występowania ”.
Aby zlokalizować oznaki egzomoonów, Teachey i jego koledzy przeszukali bazę danych Keplera i przeanalizowali tranzyty 284 kandydatów na egzoplanetę przed ich odpowiednimi gwiazdami. Planety te różniły się wielkością od Ziemi do średnicy Jowisza i krążyły wokół swoich gwiazd w odległości od ~ 0,1 do 1,0 AU. Następnie modelowali krzywą światła gwiazd, stosując techniki składania fazowego i układania w stosy.
Techniki te są powszechnie stosowane przez astronomów, którzy monitorują gwiazdy pod kątem spadków jasności spowodowanych tranzytem planet (tj. Metodą tranzytu). Jak wyjaśnił Teachey, proces jest dość podobny:
„Zasadniczo dzielimy dane szeregów czasowych na równe części, z których każda ma jeden tranzyt planety pośrodku. A kiedy zestawimy te elementy razem, jesteśmy w stanie uzyskać wyraźniejszy obraz tego, jak wygląda transport… W poszukiwaniu księżyca robimy zasadniczo to samo, tylko teraz patrzymy na dane poza głównym tranzytem planetarnym. Po zestawieniu danych bierzemy średnie wartości wszystkich punktów danych w określonym przedziale czasowym, a jeśli księżyc jest obecny, powinniśmy zobaczyć tam brakujące światło gwiazd, co pozwala nam wydedukować jego obecność. ”
Znaleźli pojedynczego kandydata znajdującego się w układzie Kepler-1625, żółtej gwiazdy znajdującej się około 4000 lat świetlnych od Ziemi. Księżyc ten, oznaczony jako Kepler-1625B I, krąży wokół dużego gazowego giganta, który znajduje się w strefie życia gwiazdy, jest od 5,9 do 11,67 razy większy od Ziemi i okrąża swoją gwiazdę przez okres 287,4 dni. Ten kandydat na egzomona, jeśli należy to potwierdzić, będzie pierwszym odkrytym egzomunem
Wyniki zespołu (które czekają na recenzję) wykazały również, że duże księżyce są rzadkim zjawiskiem w wewnętrznych regionach układów gwiezdnych (w obrębie 1 AU). To było coś zaskakującego, choć Teachey przyznaje, że jest to zgodne z ostatnimi pracami teoretycznymi. Zgodnie z tym, co sugerują niektóre ostatnie badania, duże planety, takie jak Jowisz, mogą tracić księżyce podczas migracji do wewnątrz.
Jeśli tak się stanie, to co świadczył Teachey i jego koledzy, można uznać za dowód tego procesu. Może to również wskazywać, że nasze obecne misje polegające na polowaniu na egzoplanety mogą nie być zadaniem wykrywania egzomoonów. Oczekuje się, że w nadchodzących latach misje następnych generacji dostarczą bardziej szczegółowych analiz odległych gwiazd i ich układów planetarnych.
Jednak, jak wskazał Teachey, one również mogą być ograniczone pod względem tego, co mogą wykryć, i ostatecznie mogą być potrzebne nowe strategie:
„Rzadkość księżyców w wewnętrznych regionach tych układów gwiezdnych sugeruje, że pojedyncze księżyce pozostaną trudne do znalezienia w danych Keplera, a nadchodzące misje, takie jak TESS, które powinny znaleźć wiele planet na bardzo krótki okres, również będą miały trudności ze znalezieniem te księżyce. Jest prawdopodobne, że księżyce, które wciąż gdzieś tam są, znajdują się w zewnętrznych obszarach tych układów gwiezdnych, podobnie jak w naszym Układzie Słonecznym. Ale te regiony są znacznie trudniejsze do zbadania, więc będziemy musieli jeszcze bardziej sprytnie spojrzeć na to, jak szukamy tych światów z obecnymi i najbliższymi zbiorami danych. ”
Tymczasem z pewnością możemy się ekscytować faktem, że pierwszy egzomoon wydaje się być odkryty. Chociaż wyniki te czekają na recenzję, potwierdzenie tego księżyca będzie oznaczało dodatkowe możliwości badawcze dla systemu Kepler-1625. Ciekawy jest również fakt, że ten księżyc orbituje w strefie zamieszkania gwiazdy, choć sam księżyc nie nadaje się do zamieszkania.
Jednak możliwość zamieszkania księżyca krążącego wokół gazowego giganta jest z pewnością interesująca. Czy to brzmi jak coś, co mogło pojawić się w niektórych filmach science fiction?
