Nie tak dawno temu astronomowie zaczęli odkrywać pierwsze planety wokół innych gwiazd. Co zaskakujące, potencjał takiego działania może nie być tak duży.
Przed zbadaniem, w jaki sposób możemy wykryć satelity odległych planet, astronomowie muszą najpierw spróbować zrozumieć, czego mogą szukać. Na szczęście to pytanie dobrze pasuje do szybko rozwijającego się zrozumienia tego, jak układają się układy słoneczne.
Zasadniczo istnieją trzy mechanizmy, dzięki którym planety mogą uzyskiwać satelity. Najprostszym jest, aby po prostu uformowali się razem z jednego dysku akrecyjnego. Innym jest to, że potężny zderzenie może zrzucić materiał z planety, która formuje się w satelitę, jak wierzą astronomowie, w przypadku naszego własnego Księżyca. Niektóre szacunki wskazują, że takie uderzenia powinny być częste, a 1 na 12 planet podobnych do Ziemi mogło uformować księżyce w ten sposób. Wreszcie satelita może być przechwyconą asteroidą lub kometą, co jest prawdopodobne w przypadku wielu księżyców Jowisza i Saturna.
Każdy z tych przypadków wytwarza inny zakres mas. Schwytane ciała będą prawdopodobnie najmniejsze, a zatem ich wykrycie w najbliższej przyszłości jest mało prawdopodobne. Oczekuje się, że księżyce generowane przez uderzenia będą mogły jedynie tworzyć ciała o 4% całkowitej masy planety i jako takie są raczej ograniczone. Uważa się, że największe księżyce tworzą się na dyskach wokół formujących się planet Jowisza. Są to najczęściej wykrywalne.
Pierwszą metodą, za pomocą której astronomowie mogą wykryć takie księżyce, są zmiany, które dokonaliby w wahaniu gwiazdy, która była dotychczas stosowana do wykrywania wielu planet pozasłonecznych. Astronomowie badali już, w jaki sposób para gwiazd podwójnych może wpływać na układ podwójnych gwiazd na trzecią gwiazdę, którą krąży. Jeśli gwiazda podwójna zostanie zamieniona na planetę i księżyc, okaże się, że najłatwiejszymi do wykrycia układami są masywne księżyce, które są odległe od planety, ale blisko gwiazdy macierzystej. Jednak z wyjątkiem ekstremalnych przypadków, wahania, które para może wywołać w gwieździe, są tak małe, że zostałyby zalane ruchem konwekcyjnym powierzchni gwiazdy, co prawie uniemożliwia wykrycie tą metodą.
Astronomowie rozpoczęli wykrywanie dużej liczby egzoplanet poprzez tranzyty, w których planeta powoduje niewielkie zaćmienia. Czy astronomowie mogą w ten sposób wykryć obecność księżyców? W takim przypadku granica wykrywalności ponownie byłaby oparta na wielkości księżyca. Obecnie Kepler satelita ma wykryć planety o masie zbliżonej do Ziemi. Jeśli księżyce istnieją wokół planety superjowiańskiej, mają również podobny rozmiar do Ziemi, one również powinny zostać wykryte. Jednak tworzenie tak dużych księżyców jest trudne. Największy księżyc w Układzie Słonecznym w Ganymede, który ma 40% średnicy Ziemi, co oznacza, że jest nieco poniżej obecnych progów wykrywania, ale potencjalnie jest w zasięgu przyszłych misji egzoplanetowych.
Jednak bezpośrednie wykrycie zaćmień spowodowanych przez tranzyty nie jest jedynym sposobem, w jaki tranzyty mogłyby zostać wykorzystane do odkrywania egzomoonów. W ciągu ostatnich kilku lat astronomowie zaczęli używać chybotania innych planet na tych, które już odkryli, aby wywnioskować istnienie innych planet w układzie w taki sam sposób, jak grawitacyjne holowanie Neptuna na Uranie pozwoliło astronomom przewidzieć istnienie Neptuna przed zostało odkryte. Wystarczająco masywny księżyc może powodować wykrywalne różnice w czasie, gdy tranzyt planety zaczyna się i kończy. Astronomowie wykorzystali już tę technikę do ograniczenia masy potencjalnych księżyców wokół egzoplanet HD 209458 i OGLE-TR-113b odpowiednio przy 3 i 7 masach Ziemi.
Pierwsza odkryta egzoplaneta została odkryta wokół pulsara. Holownik tej planety spowodował zmianę regularnej pulsacji pulsu pulsara. Pulsary często biją setki do tysięcy razy na sekundę i jako takie są niezwykle wrażliwymi wskaźnikami obecności planet. Wiadomo, że pulsar PSR B1257 + 12 zawiera jedną planetę, która stanowi zaledwie 0,04% masy Ziemi, która jest znacznie poniżej progu masy wielu księżyców. W związku z tym różnice w tych systemach spowodowane przez księżyce byłyby potencjalnie wykrywalne przy obecnej technologii. Astronomowie wykorzystali go już do wyszukiwania księżyców na całej planecie krążących wokół PSR B1620-26 i wykluczyli księżyce o masie przekraczającej 12% masy Jowisza w obrębie połowy jednostki astronomicznej (odległość między Ziemią a Słońcem lub 93 miliony mil) planety .
Ostatnią metodą, dzięki której astronomowie wykryli planety, które mogłyby być potencjalnie wykorzystane do egzomonów, jest bezpośrednia obserwacja. Ponieważ bezpośrednie obrazowanie egzoplanet zostało zrealizowane dopiero w ciągu ostatnich kilku lat, ta opcja prawdopodobnie jest jeszcze daleko, ale przyszłe misje, takie jak Correstagraph Finder Planet Finder, mogą wprowadzić ją w sferę możliwości. Nawet jeśli księżyc nie jest w pełni rozwiązany, przesunięcie środka kropki pary może być wykrywalne za pomocą aktualnych instrumentów.
Ogólnie rzecz biorąc, jeśli eksplozja wiedzy o systemach planetarnych będzie się utrzymywać, astronomowie powinni być w stanie wykryć egzomony w najbliższej przyszłości. W niektórych przypadkach, na przykład planetach pulsarowych, istnieje już taka możliwość, ale ze względu na ich rzadkość prawdopodobieństwo statystyczne znalezienia planety z wystarczająco dużym księżycem jest niskie. Ale w miarę ulepszania sprzętu, obniżania progów wykrywania dla różnych metod, powinny pojawić się pierwsze egzomony. Niewątpliwie pierwsze będą duże. Pojawi się pytanie, jakie rodzaje powierzchni i potencjalnie atmosfery mogą mieć. To z kolei zainspiruje więcej pytań o to, jakie życie może istnieć.
Źródło:
Wykrywalność księżyców planet pozasłonecznych - Karen M. Lewis
