Ved hvert offentligt foredrag om exoplaneter stiller nogen nødvendigvis et spørgsmål om exoplanetsatellitter. Spørgsmålet er så interessant, at det fortjener en separat artikel.
I øjeblikket nærmer antallet af fundne exoplaneter sig seks tusind (inklusive ubekræftede). Hvor mange store satellitter skal disse planeter have? Når vi ser på vores solsystem, kan vi antage, at det samme - vi har syv satellitter på størrelse med månen og større for otte planeter (Månen, Io, Europa, Ganymede, Callisto, Titan, Triton). Hvad med satellitterne på exoplaneter? Desværre, indtil videre næsten intet. Ikke desto mindre begynder de første, endnu vage, resultater at dukke op.
Planeternes satellitter er interessante, fordi livet er muligt på dem, selvom planeten er gigantisk og i sig selv på ingen måde er tilpasset til livet. For eksempel blev der fundet en hel del kæmpeplaneter i den "beboelige zone" (45 ifølge 2014-data). Hvis de har store nok satellitter, hvorfor skulle der da ikke opstå liv på dem? Der skal være en vidunderlig udsigt: en kæmpe planet, der dominerer himlen, synlig både nat og dag. Et sådant billede inspirerer naturligvis kunstnere og til en vis grad forskere, der arbejder med Keplers data. Tilsyneladende er disse data det eneste sted, hvor en exoplanet-satellit i øjeblikket kan opdages.
Til at begynde med nogle nyttige koncepter.
En planetens satellit kan ikke dreje sig omkring den på nogen afstand. Størrelsen på bane er begrænset ovenfra af den såkaldte Hill-sfære, uden for hvilken satellitten forlader planetens tyngdefelt og bliver en uafhængig ledsager af stjernen. Her er denne sfære radius for det enkleste tilfælde, når satellitens bane er cirkulær: RH = a (m / 3M) 1/3, hvor a er den halvhovedakse af planetens bane, m er planetens masse, M er stjernens masse. For Jorden er Hill-radius omkring 1,5 millioner km. Lidt længere væk ligger Lagrange-punkterne L1 og L2, hvor rumteleskoper tages ud. Hill's radius nær Neptune, en rekord i solsystemet, er omkring 100 millioner km. På grund af forskellige forstyrrende faktorer er banernes radius, som er stabile i en skala fra milliarder af år, mindre - omkring halvdelen eller endda en tredjedel af Hill-radius.
Størrelsen på bane er også begrænset nedenunder: i en for tæt bane rives satellitten fra hinanden af planetens tyngdekraft og forvandles til en slags ringe af Saturn. Denne grænse kaldes Roche-zonen, dens essens: tidevandskræfterne overskrider satellitens selvtyngdekraft. Roche-grænsen afhænger af sidstnævnte stivhed: hvis en satellit kan deformeres som en væske, er Roche-grænsen næsten dobbelt så stor. Alle satellitter i solsystemet ligger uden for den "hårde" Roche-grænse, men nogle findes heldigvis inden for den "flydende" grænse, for eksempel de fem nærmeste satellitter i Saturn.
For de hotteste Jupiters er Hill-sfærens radius tæt på Roche-grænsen - de kan bestemt ikke have satellitter. Men der er andre mekanismer til ustabilitet af satellitbaner, der opererer i nærheden af stjernen, så sandsynligheden for eksistensen af satellitter i planeter med en orbitalperiode på op til 10-20 dage i milliarder af år er ubetydelig. Det er en skam, da der er en masse kortvarige exoplaneter blandt de opdagede exoplaneter, og i de kommende år vil de dominere blandt de nyankomne. Og vigtigst af alt er det, at satellitterne på kortvarige planeter er nemmest at opdage, hvis de var der.
Men vi er mest interesseret i satellitterne til planeterne i den "beboelige zone". Der kan deres baner være stabile i mange milliarder af år - se på månen.
Salgsfremmende video:
Sådan finder du en exoplanet-satellit
Hvor store kan planetarsatellitter være? At dømme efter solsystemet er det typiske forhold mellem den samlede masse af satellitter og planetens masse 1/10000. Dette gælder for Jupiter-systemet, Saturn (med et lille overskud på grund af Titan) og Uranus. Neptune og Mars har mindre "indfødte" satellitter (Triton er ikke indfødt, det er et fanget Kuiper-bælteobjekt). Tilsyneladende er et sådant forhold naturligt, når satellitter dannes fra en støvet disk omkring planeten. Månen er en separat samtale, dens masse er to størrelsesordener højere end den typiske masse af satellitter, den blev dannet som et resultat af en katastrofal kollision. Så har vi ret til at forvente, at massen af superjupitersatellitter med 10 jupiteriske masser (og der er mange sådanne er fundet) vil være af størrelsesordenen til Mars. Et sådant legeme kan godt ses i løbet af transitturen af en planet. Først formørges stjernen af satellitten, derefter planeten selv. Effekten fra satellitten vil være hundrede gange mindre, men med god transitstatistik (planeten krydser stjernens disk mange gange), kan den mere eller mindre pålideligt detekteres. Selvfølgelig kan en fanget planet også vise sig at være en satellit, i dette tilfælde kan den være markant større, men næppe nogen er i stand til at sige, hvad sandsynligheden for at finde et unormalt stort fanget objekt er.
En anden mulighed er transit timing. Hvis satellitten er foran planeten i sin bane omkring stjernen, sker planetens transit lidt senere, hvis den hænger bagud - lidt tidligere. For eksempel, hvis alle Jupiters satellitter samles i en og placeres på stedet for Ganymede, vil forskydningen af Jupiter være plus eller minus 100 km, hvilket udtrykkes i en forsinkelse / forskud på transitter med ca. 7 s - 4 størrelsesordrer minus transittid. Dette er langt ud over målenøjagtighed. Satellitten skal være unormalt stor. Generelt er denne metode svagere end den foregående.
Planeters satellitter kan i princippet ikke detekteres ved hjælp af den spektrometriske metode ud fra en stjernes radiale hastighed - her er alle tænkelige effekter fra en satellit ubetydelige.
Metoden til gravitationsmikrolensering forbliver, men den er baseret på sjælden held. Hvis baggrundstjernen (ikke værtsstjernen, men den fjerne i baggrunden) passerer nøjagtigt bag planeten med satellitten, vises en dobbelt pigge i denne stjernes lyskurve.
Tre transiter af planeten Kepler 1625b (der er kun tre i Kepler-databasen). Vist er lyskurven for stjernen Kepler 1625. Ensfarvet linje - passende model med en satellit på størrelse med Neptune. Den statistiske betydning af modellen - 4.1 σ. Hvis vi fjerner den tredje transit, falder betydningen til en ubetydelig værdi.
Generelt er det mest lovende den første af de anførte metoder - satellittransit. Det kræver et meget stort antal observationer. En sådan række findes, det er Keplers arkivdata, der er i det offentlige rum. Kepler arbejdede på hovedprogrammet i lidt over fire år. Det er ikke nok til pålideligt at registrere satellitoverførsler i "livsområdet", men de bedste data findes ikke. I øjeblikket skal der letes spor efter satellitter der, og det er meget muligt, at der allerede er fundet en satellit.
Søgningen efter exoluns
Den første antydning af satellitter blev fundet nær planeten med "telefonnummer" 1SWASP J140747.93-394542.6 b. Det er en kæmpe planet med en masse på 20 Jupiter - på randen af en brun dværg1. Transitter viste, at det har et enormt system af ringe, ringene har huller, og satellitter skulle sidde i hullerne - de spiser disse huller. Det er alt sammen. Der er ingen andre oplysninger om disse satellitter.
En anden satellit blev fundet ved at mikrolisere en forældreløs planet, der flyver frit i rummet. Det er svært at sige noget om planeten og satellitten - det kan være en brun dværg med en "neptun", der kredser rundt om den. Denne sag er ikke så interessant.
I 2012 meddelte astronomer ved Pulkovo-observatoriet den mulige opdagelse af en satellit nær exoplaneten WASP 12b. Det er en meget varm Jupiter, der kredser om en stjerne i klassen i en dag. Under planeten blev der observeret bursts af lysstyrke, som ifølge observatørens forfattere kan fortolkes som passagen af planeten gennem stjerneplader eller som en satellit på planeten, som med jævne mellemrum smelter sammen med disken. Den anden fortolkning har skabt en mærkbar reaktion i den russiske presse, men den er simpelthen ikke fysisk: Hill-sfæren for denne planet falder praktisk talt sammen med Roche-zonen. Der kan ikke være nogen satellit der.
For at søge efter eksempler i Kepler-dataene blev HEK (Hunt for Exomoons with Kepler) -projektet arrangeret. Projektteamet har rystet dataene godt og ser ud til at have trukket nogle nyttige oplysninger derude. Sandt nok, ikke særlig optimistisk. Resultaterne nedenfor blev offentliggjort i oktober 2017 i en artikel2.
På den ene side blev der fundet en indikation af satellitten til planeten Kepler 1625 b. Den statistiske betydning er ca. 4 σ, hvilket er ret lille i betragtning af det store antal studerede exoplaneter. Værre er, at i den samme undersøgelse blev der fundet en "antisatellit" nær en planet af en af stjernerne, det vil sige et signal med det modsatte tegn med samme betydning 4 σ. Det er tydeligt, at dette signal er falskt, da der ikke er nogen naturlige fænomener, der imiterer "antisatellitten". Derudover havde planeten kun tre transitter, og kun en af dem er overbevisende nok. Hvis effekten bekræftes, vil det være en satellit på størrelse med Neptune for en planet med en masse på mindst 10 Jupiter-masser (massen estimeres fra bane for den påståede satellit), der svarer til den fangede planet. Satellitten med planeten er i "livsområdet": opvarmning er nøjagtigt den samme som jorden. Den formodede planetes bane er stabil - dybt inden for Hill-sfæren og langt uden for Roche-grænsen. Forfatterne insisterer ikke på opdagelsen og beordrede observationen af Kepler 1625 af Hubble-teleskopet 28. til 29. oktober 2017 - tidspunktet for den næste transit. Det fandt sted. Der er ingen offentliggjorte oplysninger, bortset fra et konferenceabstrakt med et resume "foreløbige resultater af observationer rapporteres". Dette betyder sandsynligvis, at observationen ikke gav et entydigt resultat.at observationen ikke gav et entydigt resultat.at observationen ikke gav et entydigt resultat.
Et andet skuffende resultat kommer fra at tilføje transitterne fra mange planeter fra Kepler-databasen. Forfatterne har valgt mere end tre hundrede eksoplaneter, der fra deres synspunkt er de mest lovende for at søge efter satellitter. Kriterier inkluderer en bane mellem 1 og 0,1 AU og god datakvalitet. Som den ønskede effekt blev mørkningen af stjernen fra analogen af planetens galileiske satellitter, dvs. analogerne fra de galileiske satellitter af Jupiter, der er skaleret efter størrelsen af planeten, afsløret. I dette tilfælde blev summen af lyskurverne for alle transiter af alle planeter i prøven taget.
Desværre overstiger det positive signal ikke 2 σ, og resultatet sætter en videnskabeligt signifikant øvre grænse for forekomsten af store satellitter. Andelen af planeter med en analog af de galileiske satellitter overstiger ikke 0,38 ved 95% konfidensniveau.
Det ser ud til, at manglen på exoplanet-satellitter i forhold til Jupiters satellitter er ret reel. Den enkleste forklaring: bestanden af store eksoplaneter inden for 1 AU. Det vil sige for stjerner i klassen af Solen er disse sandsynligvis migranter fra fjernere regioner. Hvad gøres med planetarsatellitter under migration? Det er muligt, at de mister stabiliteten.
Endelig. Et team af seriøse videnskabsmænd kæmpede Keplers data til exoplanet-satellitter. Betyder det, at emnet er udtømt, og det skinner ikke for nogen at finde noget nyt i disse data vedrørende eksoluns? Intet som dette! Først skal ethvert arbejde gentages for verifikation. Mine venner dobbeltkontrollerede dataene fra WMAP-mikrobølgeteleskopet, som syntes at være dobbeltkontrolleret i hullerne og fandt åbenlyse artefakter, som derefter måtte rettes. For det andet er dette en enorm mængde arbejde, der er uden for et holds magt. Derfor vil jeg gerne opfordre frivillige: dataene er åbne, kun grå stof kræves, som stadig er tilgængelig i Rusland.
Boris Stern