Na každej verejnej prednáške o exoplanetách sa niekto nevyhnutne pýta na exoplanetové satelity. Otázka je taká zaujímavá, že si zaslúži samostatný článok.
V súčasnosti sa počet nájdených exoplanet blíži k šiestim tisícom (vrátane nepotvrdených). Koľko veľkých satelitov by tieto planéty mali? Pri pohľade na našu slnečnú sústavu môžeme predpokladať, že to isté - máme sedem satelitov veľkosti Mesiaca a väčších (Mesiac, Io, Európa, Ganymede, Callisto, Titan, Triton) na osem planét. A čo satelity exoplanet? Bohužiaľ, zatiaľ takmer nič. Napriek tomu sa začínajú objavovať prvé, zatiaľ neurčité výsledky.
Satelity planét sú zaujímavé, pretože na nich je možný život, aj keď je planéta obrovská a sama o sebe nie je nijako prispôsobená životu. Napríklad v „obývateľnej zóne“bolo nájdených niekoľko obrovských planét (45 podľa údajov za rok 2014). Ak majú dostatočne veľké satelity, prečo by na nich nemal vzniknúť život? Mal by byť nádherný výhľad: obrovská planéta dominujúca oblohe, viditeľná tak v noci, ako aj vo dne. Takýto obrázok samozrejme inšpiruje umelcov a do istej miery aj výskumníkov, ktorí pracujú s údajmi Keplera. Zdá sa, že tieto údaje sú jediným miestom, kde je možné v súčasnosti objaviť exoplanetový satelit.
Pre začiatočníkov niektoré užitočné koncepcie.
Satelit planéty sa nemôže okolo neho točiť v akejkoľvek vzdialenosti. Veľkosť orbity je zhora obmedzená tzv. Kopcovou guľou, mimo ktorej satelit opúšťa gravitačné pole planéty a stáva sa nezávislým spoločníkom hviezdy. Tu je polomer tejto gule pre najjednoduchší prípad, keď je obežná dráha satelitu kruhová: RH = a (m / 3M) 1/3, kde a je semi-hlavná os obežnej dráhy planéty, m je hmotnosť planéty, M je hmotnosť hviezdy. Pre Zem je polomer kopca asi 1,5 milióna km. O niečo ďalej sú Lagrangeove body L1 a L2, kde sú vyňaté vesmírne teleskopy. Polomer kopca pri Neptúne, rekord v slnečnej sústave, je asi 100 miliónov km. V skutočnosti je z dôvodu rôznych rušivých faktorov polomer obežných dráh stabilných na stupnici miliárd rokov menší - približne polovica alebo dokonca tretina polomeru kopca.
Veľkosť orbity je tiež obmedzená zdola: na príliš blízkej obežnej dráhe je satelit roztrhnutý gravitáciou planéty a mení sa na určitý druh Saturnových prstencov. Tento limit sa nazýva Roche zóna, jeho podstata: prílivové sily presahujú gravitáciu satelitu. Rocheho limit závisí od jeho tuhosti: ak sa satelit môže deformovať ako kvapalina, potom je Rocheho limit takmer dvakrát väčší. Všetky satelity slnečnej sústavy sú mimo „tvrdého“Rocheho limitu, ale niektoré sú šťastne vo vnútri „kvapalného“limitu, napríklad päť najbližších satelitov Saturn.
Pre najteplejších Jupiterov je polomer kopcovej gule blízko hranice Roche - určite nemôžu mať satelity. V blízkosti hviezdy však pôsobia aj iné mechanizmy nestability satelitných dráh, takže pravdepodobnosť existencie satelitov na planétach s orbitálnou periódou do 10 - 20 dní po miliardy rokov je zanedbateľná. Je to škoda, pretože medzi objavenými exoplanetami je veľa krátkodobých exoplanet av nadchádzajúcich rokoch budú dominovať medzi novými prírastkami. A čo je najdôležitejšie, satelity krátkodobých planét by bolo najľahšie zistiť, či tam boli.
Najviac nás však zaujímajú satelity planét v „obývateľnej zóne“. Ich obežné dráhy môžu byť stabilné mnoho miliárd rokov - pozrite sa na Mesiac.
Propagačné video:
Ako nájsť exoplanetový satelit
Aké veľké môžu byť planétové satelity? Podľa slnečnej sústavy je typický pomer celkovej hmotnosti satelitov a hmotnosti planéty 1/10000. Platí to pre systém Jupiter, Saturn (s miernym prekročením kvôli Titanu) a Urán. Neptún a Mars majú menej „natívnych“satelitov (Triton nie je natívny, je to zachytený objekt Kuiperovho pásu). Zdá sa, že taký pomer je prirodzený, keď sú satelity tvorené z prašného disku okolo planéty. Mesiac je samostatná konverzácia, jeho hmotnosť je o dva rády vyššia ako typická hmotnosť satelitov, bola vytvorená v dôsledku katastrofickej kolízie. Potom máme právo očakávať, že hmotnosť superjupiterových satelitov s 10 jupiteriánskymi masami (a ich je veľa) sa bude pohybovať v poradí podľa hmotnosti Marsu. Takéto telo môže byť dobre viditeľné počas prechodu planéty - najskôr je hviezda zatienená satelitom, potom planéta samotná. Efekt zo satelitu bude stokrát menší, ale s dobrou dopravnou štatistikou (planéta mnohokrát prechádza hviezdnym diskom) je možné ho viac-menej spoľahlivo zistiť. Zachytená planéta môže byť samozrejme aj satelit, v tomto prípade to môže byť podstatne väčšia, ale sotva niekto dokáže povedať, aká je pravdepodobnosť nájdenia neobvykle veľkého zachyteného objektu.
Ďalšou možnosťou je načasovanie prepravy. Ak je satelit pred planétou na svojej obežnej dráhe okolo hviezdy, tranzit planéty nastáva o niečo neskôr, ak zaostáva - o niečo skôr. Napríklad, ak sú všetky satelity Jupitera zostavené do jedného a umiestnené namiesto Ganymede, potom bude posun Jupitera plus alebo mínus 100 km, čo je vyjadrené v oneskorení / predstihu tranzitov o približne 7 s - 4 rády kratšie ako čas tranzitu. To je ďaleko za presnosťou merania. Satelit musí byť neobvykle veľký. Všeobecne je táto metóda slabšia ako predchádzajúca.
Satelity planét v zásade nemôžu byť detekované spektrometrickou metódou z radiálnej rýchlosti hviezdy - tu sú všetky mysliteľné efekty zo satelitu zanedbateľné.
Metóda gravitačnej mikročočky zostáva, ale je založená na vzácnom šťastí. Ak hviezda v pozadí (nie hostiteľská hviezda, ale vzdialená hviezda v pozadí) prechádza so satelitom presne za planétou, na svetelnej krivke tejto hviezdy sa objaví dvojitý hrot.
Tri tranzity planéty Kepler 1625b (v databáze Kepler sú len tri). Je znázornená svetelná krivka hviezdy Kepler 1625. Plná čiara je - montáž modelu so satelitom veľkosti Neptúna. Štatistická významnosť modelu - 4,1 σ. Ak odstránime tretí tranzit, význam klesne na zanedbateľnú hodnotu.
Vo všeobecnosti je najsľubnejšia z uvedených metód - satelitný tranzit. Vyžaduje si to veľmi veľké množstvo pozorovaní. Takéto pole existuje, sú to archívne údaje Keplera, ktoré sú verejné. Kepler pracoval na hlavnom programe niečo viac ako štyri roky. Nestačí spoľahlivo zistiť satelitné tranzity v „zóne života“, ale najlepšie údaje neexistujú. V súčasnosti je potrebné hľadať stopy satelitov a je celkom možné, že už bol nájdený jeden satelit.
Hľadanie exolunov
Prvý náznak satelitov sa našiel neďaleko planéty s „telefónnym číslom“1SWASP J140747.93-394542.6 b. Je to obrovská planéta s hmotnosťou 20 Jupiterov - na pokraji hnedého trpaslíka1. Transity ukázali, že má obrovský systém prstencov, prstene majú medzery a satelity by mali sedieť v medzerách - tieto medzery jedia. Je to všetko. Nie sú k dispozícii žiadne ďalšie informácie o týchto satelitoch.
Ďalší satelit bol nájdený pomocou mikrolenzúry osirelej planéty voľne lietajúcej vo vesmíre. Je ťažké povedať niečo o hmote planéty a satelitu - môže to byť hnedý trpaslík, ktorý okolo neho obieha „Neptún“. Tento prípad nie je až taký zaujímavý.
V roku 2012 astronómovia na observatóriu Pulkovo oznámili možný objav satelitu v blízkosti exoplanety WASP 12b. Je to veľmi horúci Jupiter obiehajúci okolo hviezdy Slnka za deň. Počas tranzitu planéty boli pozorované výbuchy jasu, ktoré podľa autorov pozorovaní možno interpretovať ako priechod planéty hviezdnymi bodmi alebo ako satelit planéty, ktorý sa pravidelne spája s diskom. Druhá interpretácia spôsobila v ruskej tlači znateľnú reakciu, ale jednoducho to nie je fyzické: sféra Hill pre túto planétu sa prakticky zhoduje so zónou Roche. Nemôže tam byť žiadny satelit.
Na vyhľadávanie exoónov v údajoch Keplera bol zorganizovaný projekt HEK (Hunt na exomoon s Keplerom). Projektový tím údaje správne otriasol a zdá sa, že odtiaľ vytiahol niektoré užitočné informácie. Pravda, nie príliš optimistická. Výsledky uvedené nižšie boli uverejnené v októbri 2017 v jednom článku2.
Na jednej strane sa našla indikácia satelitu planéty Kepler 1625 b. Štatistický význam je asi 4 σ, čo je vzhľadom na veľký počet študovaných exoplaniet dosť malý. Horšie bolo, že v tej istej štúdii bol nájdený "antisatelit" v blízkosti planéty jednej z hviezd, to znamená signálu opačného znamenia s rovnakým významom 4 σ. Je zrejmé, že tento signál je nepravdivý, pretože neexistujú žiadne prírodné javy napodobňujúce „anti-satelit“. Navyše, planéta mala iba tri tranzity a iba jeden z nich je dostatočne presvedčivý. Ak sa účinok potvrdí, pôjde o satelit s veľkosťou Neptúna pre planétu s hmotnosťou najmenej 10 Jupiterov (hmotnosť sa odhaduje z obežnej dráhy údajného satelitu), ktorá zodpovedá zachytenej planéte. Satelit s planétou je v „životnej zóne“: zahrievanie je úplne rovnaké ako na Zemi. Obežná dráha predpokladanej planéty je stabilná - hlboko v kopcovej sfére a ďaleko za hranicou Roche. Autori netrvajú na objave a nariadili pozorovanie Keplera 1625 pomocou Hubbleovho ďalekohľadu na 28. - 29. októbra 2017 - čas nasledujúceho tranzitu. Stalo sa to. Nie sú publikované žiadne informácie, s výnimkou abstraktov konferencie so zhrnutím „Uvádzajú sa predbežné výsledky pozorovaní“. To s najväčšou pravdepodobnosťou znamená, že pozorovanie neprinieslo jednoznačný výsledok.že pozorovanie neprinieslo definitívny výsledok.že pozorovanie neprinieslo definitívny výsledok.
Ďalším sklamaným výsledkom je sčítanie tranzitov mnohých planét z databázy Kepler. Autori vybrali viac ako tristo exoplanet, ktoré sú z hľadiska pohľadu najsľubnejšie pre vyhľadávanie satelitov. Medzi kritériá patrí obežná dráha medzi 1 a 0,1 AU a dobrá kvalita údajov. Ako požadovaný účinok sa zistilo stmavenie hviezdy z analógu galilských satelitov planéty, t. J. V tomto prípade sa odčítal súčet svetelných kriviek pre všetky prechody všetkých planét vo vzorke.
Bohužiaľ, pozitívny signál neprekračuje 2 σ a výsledok kladie vedecky významný horný limit pre množstvo veľkých satelitov. Podiel planét s analógom galilských satelitov nepresahuje 0,38 pri 95% úrovni spoľahlivosti.
Zdá sa, že nedostatok exoplanetových satelitov vo vzťahu k satelitom Jupitera je celkom reálny. Najjednoduchšie vysvetlenie: populácia veľkých exoplanet v rámci 1 AU. To znamená, že v prípade hviezd Slnka ide pravdepodobne o migrantov zo vzdialenejších regiónov. Čo sa deje s planetárnymi satelitmi počas migrácie? Je možné, že strácajú stabilitu.
Konečne. Tím serióznych vedcov kombinoval údaje spoločnosti Kepler pre satelity exoplanet. Znamená to, že téma bola vyčerpaná a nie je pre nikoho žiariť, že v týchto údajoch nájde niečo nové týkajúce sa exolunov? Nič také! Po prvé, každá práca musí byť zopakovaná pre overenie. Moji priatelia dvakrát skontrolovali údaje mikrovlnného ďalekohľadu WMAP, ktorý sa zdal byť dvakrát skontrolovaný pri dierach, a našli zjavné artefakty, ktoré sa potom museli opraviť. Po druhé, je to obrovské množstvo práce, ktorá presahuje moc jedného tímu. Preto by som rád povzbudil dobrovoľníkov: údaje sú otvorené, vyžaduje sa iba sivá hmota, ktorá je v Rusku stále k dispozícii.
Boris Stern