За последние 30 лет астрономы далеко продвинулись в изучении экзопланет: на сегодняшний день подтверждено существование почти пяти тысяч инопланетных миров. Однако такого нельзя сказать про экзолуны — естественные спутники экзопланет. Учитывая, что в Солнечной системе таких спутников более 200, логично предположить, что и за её пределами экзолуны должны быть распространены. Но пока это только прогнозы. До настоящего времени учёным удалось отыскать лишь одно небесное тело — Kepler-1625 bi, статус которого в качестве экзолуны ещё предстоит подтвердить. И вот недавно астрономы объявили об открытии второй возможной экзолуны Kepler-1708 bi. Подробности читайте в нашей статье.
Почему же мы так мало знаем о существовании и свойствах экзолун? Дело в том, что они намного меньше экзопланет и обнаружить их очень трудно. Искать сами экзопланеты — уже непростая задача: они маленькие и тусклые и находятся далеко от нас. Основной метод, с помощью которого астрономы открыли большую часть экзопланет — транзитный. Планета периодически блокирует часть света своей звезды, когда проходит перед ней относительно наблюдателя, и в кривой блеска этой звезды образуется «провал».
Отследить экзолуну таким образом значительно сложнее, поскольку падение яркости звезды во время её транзита не только крайне малое, но и накладывается на транзит самой экзопланеты. Кроме того, с каждым новым проходом спутник меняет положение, потому что обращается вокруг планеты. Однако пока это единственный наиболее эффективный способ поиска экзолун.
Обнаружение экзолун может стать подтверждением того, что они распространены во Вселенной так же, как и экзопланеты. Кроме того, астрономы смогут понять, как формируются экзолуны, может ли на них присутствовать жизнь или же они влияют на обитаемость планет-хозяев.
С чего же начать поиски? Ранее учёные пытались обнаружить естественные спутники у крупных экзопланет, расположенных относительно близко к своим звёздам — в пределах 1 астрономической единицы (среднее расстояние от Земли до Солнца). Астрономы изучили кривые блеска почти трёхсот экзопланет, и только у одной из них обнаружились признаки присутствия небесного тела, похожего на спутник — Kepler-1625 bi. Однако до сих пор его статус в качестве экзолуны не подтверждён, а скептики считают, что это был ложный сигнал.
Нехватка экзолун у короткопериодических экзопланет, таких как горячие юпитеры, объясняется предполагаемым механизмом их формирования. Считается, что они мигрируют из дальних областей планетной системы ближе к своему светилу. В результате естественные спутники, если они и были, вряд ли «выживут», так как их орбиты потеряют устойчивость. Также у экзопланет, расположенных близко к звезде, уменьшенная сфера Хилла, в пределах которой они могут удерживать спутник на орбите.
В новом исследовании учёные сосредоточились на холодных газовых гигантах, расположенных от своих звёзд дальше, чем Земля от Солнца. Считается, что существование спутников у таких экзопланет — естественный результат формирования последних. Наглядный пример нашей Солнечной системы тоже это подтверждает: естественные спутники наиболее распространены у газовых и ледяных планет-гигантов, расположенных за «линией снега». Это условная граница, за пределами которой летучие вещества (вода, метан, аммиак) находятся в замороженном состоянии.
Учёные воспользовались архивными данными космического телескопа Kepler, которые касаются транзитов холодных газовых гигантов. Вначале они отобрали 70 экзопланет, наблюдавшихся телескопом как минимум дважды, с периодом обращения более 400 дней и радиусом приблизительно в два раза больше Юпитера. Затем астрономы проанализировали данные и оставили те из них, которые лучше соответствуют модели «планета-спутник», а также указывают на движение по круговой орбите (на вытянутых орбитах вероятность существования спутников меньше).
В дополнение к транзитному методу астрономы оценили периодичность прохождения планеты перед звездой: происходит ли транзит через равные промежутки времени либо же немного раньше или позже, чем ожидается. Отклонение от строгой периодичности указывает на то, что экзопланета подвергается гравитационному влиянию другого небесного тела — планеты или экзолуны.
Только три экзопланеты удовлетворяют всем критериям. Однако две из них учёные тоже исключили: один сигнал мог быть вызван движением пятен на звезде, а другой — аппаратурой телескопа. Таким образом, осталась только одна экзопланета Kepler-1708 b, транзитные сигналы которой могут указывать на наличие экзолуны.
Астрономы решили дополнительно проверить, могут ли эти сигналы оказаться ложными? Учёные вручную изменили данные наблюдений, чтобы они соответствовали присутствию одной только экзопланеты, а затем промоделировали, как часто будут проявляться признаки существования экзолуны. Из 200 вариантов модели лишь в двух случаях результаты ложно указали на существование спутника, то есть вероятность ошибки составляет 1%. Ещё один вариант — влияние на Kepler-1708 b не экзолуны, а другой, ещё не обнаруженной транзитной экзопланеты. Однако по оценкам учёных вероятность этого менее 1%.
Kepler-1708 b — газовый гигант размером с Юпитер и массой в 4,6 раза больше него, удалённый от родительской звезды на 1,6 а.е. Один оборот вокруг неё экзопланета делает за 737 дней. Предполагаемая экзолуна Kepler-1708 bi огромна — её радиус в 2,6 раза больше радиуса Земли. Спутник обращается вокруг планеты с периодом 4,6 дня и удалён от неё более чем на 740 тысяч километров — почти в два раза дальше, чем Луна от Земли.
И хотя значительные размеры экзолуны впечатляют, вполне возможно, что у гигантских экзопланет могут быть гигантские спутники: предыдущий кандидат в экзолуны Kepler-1625 bi предположительно ещё больше — почти размером с Нептун (около 4 радиусов Земли). По мнению учёных, в таких планетных системах могут существовать и гораздо меньшие экзолуны, но отыскать их будет сложнее.
Обнаружение гигантских кандидатов в экзолуны ставит перед учёными новый вопрос: как они сформировались? Для естественных спутников, населяющих Солнечную систему, существует три теории их возникновения: остатки гигантского удара, слияние материала внутри протопланетного диска или захват планетой. Однако, вероятно, обнаруженные кандидаты могут не обладать твердой поверхностью, а быть похожими на газовые гиганты. Одно из возможных объяснений их формирования заключается в том, что экзолуны возникли как самостоятельные экзопланеты, которые впоследствии были захвачены более крупными планетами.
Чтобы подтвердить существование Kepler-1708 bi, нужны новые транзитные наблюдения, но с учётом длительного орбитального периода экзопланета и её возможный спутник совершат следующий проход перед звездой не ранее 2023 года. К тому времени космический телескоп James Webb уже войдёт в строй и сможет помочь в обнаружении и исследовании не только этой, но и других экзолун.
Автор: Алина Нестерова
Источники: www.scientificamerican.com, www.nature.com, www.universetoday.com, www.space.com, skyandtelescope.org, www.sciencealert.com, phys.org