Az exoplanetekről szóló nyilvános előadások során valaki feltétlenül felteszi a kérdést az exoplanet-műholdakról. A kérdés annyira érdekes, hogy külön cikket érdemel.
Jelenleg a talált exoplanetek száma közel hat ezerre közelít (ideértve a megerősítetten is). Hány nagy műholdnak kell lennie ezeknek a bolygóknak? Naprendszerünket tekintve feltételezhetjük, hogy nagyjából ugyanaz - hét hold-méretű és mindegyik műhold van nyolc bolygóra nagyobb (Hold, Io, Europa, Ganymede, Callisto, Titan, Triton). Mi lenne az exoplanetek műholdaival? Sajnos eddig szinte semmi. Az első, de még homályos eredmény azonban kezdett megjelenni.
A bolygók műholdatai érdekesek, mert az élet lehetséges rajtuk, még akkor is, ha a bolygó óriási, és önmagában semmiféle módon nem alkalmas az élethez. Például nagyon sok óriásbolygót találtak a "lakható övezetben" (2014-es adatok szerint 45). Ha elég nagy műholdaik vannak, miért ne kelne életük rajtuk? Csodálatos kilátásnak kell lennie: egy hatalmas bolygó uralja az eget, amely éjjel és nappal is látható. Természetesen egy ilyen kép inspirálja a művészeket és bizonyos mértékig a kutatókat, akik Kepler adataival dolgoznak. Nyilvánvaló, hogy ezek az adatok az egyetlen hely, ahol egy exoplanet-műhold felfedezhető.
A kezdőknek néhány hasznos fogalom.
A bolygó műholdja semmilyen távolságban nem tud körül forogni. A pálya méretét fentről az úgynevezett Hill gömb korlátozza, amelyen kívül a műholdas elhagyja a bolygó gravitációs mezőjét, és a csillag független társává válik. Itt van ennek a gömbnek a sugara a legegyszerűbb esetben, amikor a műholdas pályája kör alakú: RH = a (m / 3M) 1/3, ahol a a bolygó pályájának félig fő tengelye, m a bolygó tömege, M a csillag tömege. A Föld esetében a domb sugara körülbelül 1,5 millió km. Kicsit távolabb állnak az L1 és L2 Lagrange pontok, ahol az űrteleszkópok kivezetésre kerülnek. A Neptunusz közelében lévő Hill sugara - a Naprendszerben elért rekord - mintegy 100 millió km. A valóságban a különféle zavaró tényezők miatt a milliárd év skálán stabil keringési pályák sugara kevesebb - körülbelül a hegy sugara felének vagy akár egyharmadának.
A pálya méretét alulról is korlátozza: egy túl szoros pályán a műholdat a bolygó gravitációja széttöri, és egyfajta Saturn gyűrűvé alakul. Ezt a határt Roche-zónának nevezik, lényegét: az árapály erõi meghaladják a mûholdas ön gravitációját. A Roche-határ az utóbbi merevségétől függ: ha a műhold deformálódhat, mint a folyadék, akkor a Roche-határ szinte kétszer olyan nagy. A Naprendszer összes műholdja kívül esik a "kemény" Roche határon, de néhányuk boldogan létezik a "folyadék" határon belül, például a Saturn öt legközelebbi műholda.
A legforróbb Jupiter számára a Hill gömb sugara megközelíti a Roche határt - természetesen nem lehetnek műholdaik. De vannak más, a csillag körüli pályán fellépő instabilitási mechanizmusok is, így elhanyagolható a műholdak létezésének valószínűsége olyan bolygókban, amelyeknek milliárd éve 10-20 nap körüli pályája van. Sajnálatos, mivel a felfedezett exoplanettok között sok a rövid ideig tartó exoplaneta, és az elkövetkező években ezek dominálnak az új érkezők körében. És ami a legfontosabb: a rövid ideig tartó bolygók műholdait a legegyszerűbben lehet észlelni, ha ott vannak-e.
De leginkább a "lakható zónában" lévő bolygók műholdatai érdekelik minket. Keringési pályáik sok milliárd évig stabilak lehetnek - nézd meg a holdot.
Promóciós videó:
Hogyan lehet megtalálni egy exoplanet műholdat?
Mekkora lehet bolygó-műholdak? A Naprendszer alapján ítélve a műholdak teljes tömegének és a bolygó tömegének tipikus aránya 1/10000. Ez igaz a Jupiter-rendszerre, a Szaturnuszra (némi többlettel a Titan miatt) és az Uránuszra. A Neptunusz és a Mars kevésbé "natív" műholdakkal rendelkezik (a Triton nem natív, ez egy elfogott Kuiper-öv-objektum). Láthatóan ez az arány természetes, ha a műholdak poros korongból készülnek a bolygó körül. A hold külön beszélgetés, tömege két nagyságrenddel nagyobb, mint a műholdak tipikus tömege, katasztrofális ütközés eredményeként jött létre. Akkor jogunk van azt várni, hogy a 10 Jupiter tömegű szuperjupiter műholdak tömege (és sok ilyen is található) a Mars tömegének nagyságrendjéhez igazodik. Egy ilyen test valószínűleg észrevehető egy bolygó áthaladásakor - először a csillagot a műholdas, majd a bolygó elsötétíti. A műhold hatása százszor kevesebb, de jó áthaladási statisztikákkal (a bolygó többször keresztezi a csillag korongját) többé-kevésbé megbízhatóan felismerhető. Természetesen egy elfogott bolygó műhold is lehet, ebben az esetben lényegesen nagyobb, de aligha tudja elmondani, milyen valószínűséggel talál rendellenesen nagy méretű elfoglalt tárgyat.
Egy másik lehetőség a tranzitidőzítés. Ha a műholdas a csillag körüli pályán kering a bolygó előtt, akkor a bolygó áthaladása valamivel később történik meg, ha elmarad - egy kicsit korábban. Például, ha a Jupiter összes műholdját egybegyűjtik és Ganymede helyére helyezik, akkor a Jupiter elmozdulása plusz vagy mínusz 100 km lesz, amelyet tranzit késleltetése / előrehaladása fejez ki kb. 7 másodperccel - 4 nagyságrenddel kevesebb tranzitidővel. Ez messze meghaladja a mérési pontosságot. A műholdnak szokatlanul nagynak kell lennie. Általában véve ez a módszer gyengébb, mint az előző.
A bolygók műholdait elvileg nem lehet detektálni spektrometriás módszerrel a csillag sugársebessége alapján - itt egy műholdas elképzelhető hatása elhanyagolható.
A gravitációs mikrolengetés módszere megmarad, de ritka szerencsén alapul. Ha a háttér csillag (nem a gazda csillag, hanem a háttérben lévő távoli csillag) pontosan a bolygó mögött halad át a műholdakkal, ennek a csillagnak a fénygörbéjén kettős tüske jelenik meg.
A Kepler 1625b bolygó három átutazása (csak három található a Kepler adatbázisban). Megjelenik a Kepler 1625 csillag fénygörbéje. A folytonos vonal - illeszkedő modell műholdas Neptun méretű. A modell statisztikai jelentősége - 4,1 σ. Ha eltávolítjuk a harmadik tranzitot, a szignifikancia elhanyagolható értékre csökken.
Általában véve a legígéretesebb a felsorolt módszerek közül az első - a műholdas tranzit. Nagyon sok megfigyelésre van szükség. Ilyen tömb létezik, a Kepler levéltári adatai nyilvánosak. Kepler alig több mint négy éve dolgozott a főprogramon. Nem elegendő a műholdas tranzitok megbízható észlelése az „életzónában”, de a legjobb adatok nem léteznek. Jelenleg ott kell keresni a műholdak nyomait, és valószínű, hogy egy műholdat már megtaláltak.
Exoluns keresése
A műholdak első ötletét a bolygó közelében találták meg, az 1SWASP J140747.93-394542.6 telefonszámmal b. Ez egy óriás bolygó, amelynek tömege 20 Jupiter - a barna törpe szélén1. A tranzitok azt mutatták, hogy hatalmas gyűrűrendszerrel rendelkezik, a gyűrűknek vannak rések, és a műholdaknak ülniük kell a résekben - ezeket a réseket eszik. Az egész. Ezekről a műholdakról nincs más információ.
Egy másik műholdat úgy találtak meg, hogy mikroellenőrizték egy árva bolygót, amely szabadon repül az űrben. Nehéz mondani valamit a bolygó tömegéről és a műholdról - ez egy barna törpe lehet, amelynek körül egy "neptun" jár. Ez az eset nem olyan érdekes.
2012-ben a Pulkovo Obszervatórium csillagászai bejelentették egy műhold felfedezését a WASP 12b exoplanet közelében. Ez egy nagyon forró Jupiter, amely egy nap alatt egy Sun-osztály csillagot kering. A bolygó áthaladásakor megfigyelték a fényerőt, amelyet a megfigyelők szerint a bolygó csillagfonalakon való áthaladásaként vagy a bolygó műholdasaként átmenetileg összeolvadt a korongjával. A második értelmezés észrevehető választ váltott ki az orosz sajtóban, de ez egyszerűen nem fizikai: e bolygó Hill hegysége gyakorlatilag egybeesik a Roche zónával. Nem lehet műholdas ott.
A Kepler-adatokban szereplő exónák keresésére a HEK (Homo for Exomoons with Kepler) projektet szervezték. A projekt csapata jól megrázta az adatokat, és úgy tűnik, hasznos információkat hozott onnan. Igaz, nem túl optimista. Az alábbi eredményeket 2017. októberében tették közzé egy cikkben2.
Egyrészt a Kepler 1625 b bolygó műholdasának jelzését találták. A statisztikai szignifikancia körülbelül 4 σ, ami meglehetősen kicsi, figyelembe véve a vizsgált exoplanetek nagy számát. Sőt, még ennél is rosszabb, hogy ugyanabban a tanulmányban egy "antiszatellitet" találtak az egyik csillag bolygója közelében, vagyis az ellenkező jel jelét, amelynek azonos jelentése 4 σ. Nyilvánvaló, hogy ez a jel hamis, mivel nincsenek olyan természeti jelenségek, amelyek utánozzák az "anti-műholdat". Sőt, a bolygónak csak három tranzitja volt, és ezek közül csak egy elég meggyőző. Ha a hatás megerősítést nyer, akkor egy Neptun méretű műholda lesz egy olyan bolygó számára, amelynek tömege legalább 10 Jupiter (a tömeget az állítólagos műholda pályáján becsüljük meg), amely megfelel az elfogott bolygónak. A bolygó műholdasa az "életzónában" van: a fűtés pontosan ugyanaz, mint a Földé. A feltételezett bolygó pályája stabil - mélyen a Hill gömbön és messze a Roche-határon. A szerzők nem ragaszkodnak a felfedezéshez, és elrendelték a Kepler 1625 megfigyelését a Hubble távcsővel 2017. október 28–29-ig - a következő tranzit idejére. Lezajlott. Nincs közzétett információ, kivéve egy konferencia-összefoglalót, amely összefoglalja az „A megfigyelések előzetes eredményeit jelentést tesznek”. Ez valószínűleg azt jelenti, hogy a megfigyelés nem adott egyértelmű eredményt.hogy a megfigyelés nem adott határozott eredményt.hogy a megfigyelés nem adott egyértelmű eredményt.
Egy másik kiábrándító eredmény sok bolygó átutazásainak összeadása a Kepler adatbázisból. A szerzők több mint háromszáz exoplanetet választottak ki, amelyek véleményük szerint a legígéretesebbek a műholdak keresésére. A kritériumok között szerepel 1 és 0,1 AU közötti pálya és jó adatminőség. A kívánt hatásként a csillag elsötétülését mutatták meg a bolygó Galileai műholdainak analógjáról, azaz a Jupiter Galileai műholdainak analógjaira, amelyeket a bolygó mérete méretezett meg. Ebben az esetben a mintában szereplő összes bolygó összes tranzitjáról megvilágított fénygörbék összegét vettük.
Sajnos a pozitív jel nem haladja meg a 2 σ értéket, és az eredmény tudományos szempontból jelentős felső határt szab a nagy műholdak bőségére. A Galileai műholdak analógjával rendelkező bolygók aránya a 95% -os megbízhatósági szintnél nem haladja meg a 0,38-at.
Úgy tűnik, hogy az exoplanet-műholdak hiánya a Jupiter műholdaival szemben elég valós. A legegyszerűbb magyarázat: a nagy exoplanetek 1 AU-n belül. Vagyis a Nap osztályának csillagai esetében ezek valószínűleg távoli régiókból érkeznek. Mi történik a bolygós műholdakkal a migráció során? Lehetséges, hogy elveszítik a stabilitást.
Végül. Komoly tudósok csapata összefűzte Kepler adatait az exoplanet műholdakkal kapcsolatban. Ez azt jelenti, hogy a téma kimerült, és senkinek nem tűnik ragyogva, hogy az adatokban valami újat találjon az elvégzett személyekkel kapcsolatban? Semmi ilyesmi! Először minden munkát meg kell ismételni a hitelesítéshez. Barátaim kétszer ellenőrizték a WMAP mikrohullámú távcső adatait, amelyeket a lyukakhoz kétszer ellenőriztek, és nyilvánvaló műtermékeket találtak, amelyeket később ki kellett javítani. Másodszor, ez egy hatalmas munka, amely túlmutat egy csapat hatalmán. Ezért szeretnék ösztönözni az önkénteseket: az adatok nyitottak, csak a szürke anyagokra van szükség, amely Oroszországban továbbra is rendelkezésre áll.
Boris Stern