Pada setiap ceramah umum mengenai exoplanet, seseorang semestinya mengajukan soalan mengenai satelit exoplanet. Soalannya sangat menarik sehingga pantas mendapat artikel yang terpisah.
Pada masa ini, jumlah eksoplanet yang dijumpai menghampiri enam ribu (termasuk yang belum disahkan). Berapakah bilangan satelit besar yang harus dimiliki oleh planet-planet ini? Melihat sistem suria kita, kita dapat menganggap bahawa hampir sama - kita mempunyai tujuh satelit berukuran bulan dan lebih besar untuk lapan planet (Bulan, Io, Europa, Ganymede, Callisto, Titan, Triton). Bagaimana dengan satelit exoplanet? Sayangnya, setakat ini hampir tidak ada. Namun yang pertama, belum jelas, hasilnya mulai muncul.
Satelit planet menarik kerana kehidupan mungkin ada di atasnya, walaupun planet ini sangat besar dan dengan sendirinya tidak dapat disesuaikan dengan kehidupan. Sebagai contoh, beberapa planet raksasa dijumpai di "zon yang dapat dihuni" (45 menurut data 2014). Sekiranya mereka mempunyai satelit yang cukup besar, mengapa kehidupan tidak boleh muncul di atasnya? Harus ada pemandangan yang indah: planet raksasa yang mendominasi langit, yang dapat dilihat pada waktu malam dan siang. Sudah tentu, gambar seperti itu memberi inspirasi kepada para seniman, dan pada tahap tertentu para penyelidik, bekerja dengan data Kepler. Nampaknya, data ini adalah satu-satunya tempat di mana satelit eksoplanet dapat ditemui pada masa ini.
Sebagai permulaan, beberapa konsep berguna.
Satelit planet tidak dapat berputar di sekelilingnya pada jarak apa pun. Ukuran orbit dibatasi dari atas oleh apa yang disebut sfera Bukit, di mana satelit meninggalkan medan graviti planet dan menjadi pendamping bebas dari bintang. Berikut adalah jejari sfera ini untuk kes termudah, apabila orbit satelit berbentuk bulat: RH = a (m / 3M) 1/3, di mana a adalah paksi separa utama orbit planet, m adalah jisim planet, M adalah jisim bintang. Untuk Bumi, jejari Bukit kira-kira 1.5 juta km. Sedikit lebih jauh adalah titik Lagrange L1 dan L2, di mana teleskop angkasa dibawa keluar. Jejari bukit berhampiran Neptune, catatan dalam sistem suria, adalah sekitar 100 juta km. Pada hakikatnya, disebabkan oleh pelbagai faktor yang mengganggu, radius orbit, yang stabil pada skala berbilion tahun, kurang - kira-kira setengah atau sepertiga dari radius Bukit.
Ukuran orbit juga terhad dari bawah: dalam orbit yang terlalu dekat, satelit itu terkoyak oleh graviti planet dan berubah menjadi semacam cincin Saturnus. Had ini disebut zon Roche, intinya: daya pasang surut melebihi graviti diri satelit. Had Roche bergantung pada ketegaran yang terakhir: jika satelit dapat berubah bentuk seperti cecair, maka had Roche hampir dua kali lebih besar. Semua satelit sistem suria berada di luar had Roche yang "keras", tetapi ada yang gembira berada di dalam had "cecair", misalnya, lima satelit Saturnus yang paling dekat.
Bagi Musytari terpanas, radius bola Bukit hampir dengan had Roche - mereka pasti tidak dapat memiliki satelit. Tetapi ada mekanisme lain untuk ketidakstabilan orbit satelit yang beroperasi di sekitar bintang, sehingga kemungkinan adanya satelit di planet dengan jangka masa orbit hingga 10-20 hari selama berbilion tahun diabaikan. Sayang sekali, kerana ada banyak eksoplanet jangka pendek di antara eksoplanet yang ditemui, dan pada tahun-tahun mendatang mereka akan menguasai antara pendatang baru. Dan, yang paling penting, satelit planet jangka pendek akan paling mudah dikesan jika mereka berada di sana.
Tetapi kita paling berminat dengan satelit planet-planet di "zon yang boleh dihuni". Di sana, orbitnya dapat stabil selama berbilion tahun - lihatlah bulan.
Video promosi:
Bagaimana mencari satelit exoplanet
Berapa besar satelit planet boleh? Dilihat oleh sistem suria, nisbah tipikal dari jumlah jisim satelit dan jisim planet ini adalah 1/10000. Ini berlaku untuk sistem Musytari, Saturnus (dengan sedikit kelebihan akibat Titan) dan Uranus. Neptunus dan Marikh mempunyai satelit yang "asli" yang kurang (Triton bukan asli, ia adalah objek tali pinggang Kuiper yang ditangkap). Nampaknya, nisbah seperti itu wajar apabila satelit terbentuk dari cakera berdebu di sekitar planet ini. Bulan adalah percakapan yang berasingan, jisimnya adalah dua urutan magnitud yang lebih tinggi daripada jisim satelit yang biasa, ia terbentuk sebagai akibat dari bencana pelanggaran. Maka kita berhak menjangka bahawa jisim satelit superjupiter dengan 10 massa Musytari (dan terdapat banyak yang dijumpai) akan berada pada urutan massa Mars. Tubuh seperti itu mungkin dapat dilihat semasa transit planet - pertama, bintang itu dikalahkan oleh satelit, kemudian planet itu sendiri. Kesan dari satelit akan menjadi seratus kali lebih sedikit, tetapi dengan statistik transit yang baik (planet ini melintasi cakera bintang berkali-kali), ia dapat dikesan lebih kurang pasti. Sudah tentu, planet yang ditangkap juga dapat menjadi satelit, dalam hal ini ia dapat lebih besar secara signifikan, tetapi hampir tidak ada yang dapat mengatakan apa kemungkinan mencari objek yang ditangkap yang sangat besar.
Pilihan lain ialah masa transit. Sekiranya satelit berada di depan planet di orbitnya mengelilingi bintang, transit planet berlaku sedikit kemudian, jika ketinggalan - sedikit lebih awal. Contohnya, jika semua satelit Musytari dikumpulkan menjadi satu dan ditempatkan di tempat Ganymede, maka perpindahan Musytari akan ditambah atau minus 100 km, yang dinyatakan dalam penundaan / kemajuan transit oleh sekitar 7 s - 4 pesanan magnitud kurang masa transit. Ini jauh melebihi ketepatan pengukuran. Satelit mesti besar. Secara amnya, kaedah ini lebih lemah daripada kaedah sebelumnya.
Satelit satelit, pada dasarnya, tidak dapat dikesan dengan kaedah spektrometri dari halaju radial bintang - di sini semua kesan yang dapat difahami dari satelit tidak dapat diabaikan.
Kaedah microlensing graviti tetap ada, tetapi ia berdasarkan keberuntungan yang jarang berlaku. Sekiranya bintang latar belakang (bukan bintang tuan rumah, tetapi yang jauh di latar belakang) melewati tepat di belakang planet dengan satelit, lonjakan berganda akan muncul di lengkung cahaya bintang ini.
Tiga transit planet Kepler 1625b (hanya ada tiga dalam pangkalan data Kepler). Lengkung cahaya bintang Kepler 1625 ditunjukkan. Garisan pepejal ialah - model pemasangan dengan satelit bersaiz Neptunus. Kepentingan statistik model - 4.1 σ. Sekiranya kita membuang transit ketiga, kepentingannya akan menjadi nilai yang boleh diabaikan.
Secara umum, yang paling menjanjikan adalah kaedah pertama yang disenaraikan - transit satelit. Ia memerlukan pemerhatian yang sangat besar. Susunan seperti itu ada, itu adalah data arsip Kepler, yang berada di domain umum. Kepler mengusahakan program utama selama lebih dari empat tahun. Tidak cukup untuk mengesan transit satelit di "zon kehidupan", tetapi data terbaik tidak ada. Pada masa ini, jejak satelit mesti dicari di sana, dan sangat mungkin satu satelit telah dijumpai.
Pencarian exoluns
Petunjuk pertama satelit ditemui berhampiran planet ini dengan "nombor telefon" 1SWASP J140747.93-394542.6 b. Ia adalah planet raksasa dengan jisim 20 Musytari - di ambang kerdil coklat1. Transit menunjukkan bahawa ia mempunyai sistem cincin yang besar, cincinnya mempunyai jurang, dan satelit mesti duduk di celah - mereka memakan jurang ini. Itu semua. Tidak ada maklumat lain mengenai satelit ini.
Satelit lain dijumpai dengan mikrosensikan sebuah planet yatim yang terbang bebas di angkasa. Adalah sukar untuk mengatakan sesuatu mengenai jisim planet dan satelit - mungkin kerdil coklat dengan "neptune" yang mengorbit di sekitarnya. Kes ini tidak begitu menarik.
Pada tahun 2012, ahli astronomi di Observatorium Pulkovo mengumumkan kemungkinan penemuan satelit berhampiran eksoplanet WASP 12b. Ia adalah Musytari yang sangat panas yang mengorbit bintang kelas Matahari dalam sehari. Semasa transit planet ini, ledakan kecerahan diperhatikan, yang, menurut penulis pengamatan, dapat ditafsirkan sebagai laluan planet melalui bintik bintang atau sebagai satelit planet ini, secara berkala bergabung dengan cakera. Tafsiran kedua menimbulkan tindak balas yang nyata dalam akhbar Rusia, tetapi tidak bersifat fizikal: bola Bukit untuk planet ini secara praktikal bertepatan dengan zon Roche. Tidak ada satelit di sana.
Untuk mencari ekson dalam data Kepler, projek HEK (Hunt for Exomoons with Kepler) diatur. Pasukan projek telah mengumpulkan data dengan baik dan nampaknya telah menarik beberapa maklumat berguna dari sana. Benar, tidak terlalu optimis. Hasil di bawah diterbitkan pada bulan Oktober 2017 dalam satu artikel2.
Di satu sisi, terdapat petunjuk mengenai satelit planet Kepler 1625 b. Kepentingan statistik kira-kira 4 σ, yang agak kecil, memandangkan sebilangan besar eksoplanet yang dikaji. Lebih buruk lagi, dalam kajian yang sama, "antisatelit" dijumpai berhampiran planet salah satu bintang, iaitu isyarat tanda bertentangan dengan makna yang sama dengan 4 σ. Jelas bahawa isyarat ini salah, kerana tidak ada fenomena semula jadi yang meniru "anti-satelit". Lebih-lebih lagi, planet ini hanya mempunyai tiga transit, dan hanya satu daripadanya yang cukup meyakinkan. Sekiranya kesannya disahkan, ia akan menjadi satelit seukuran Neptunus untuk planet dengan jisim sekurang-kurangnya 10 massa Musytari (jisimnya dianggarkan dari orbit satelit yang diduga), yang sesuai dengan planet yang ditangkap. Satelit dengan planet ini berada di "zon hidup": pemanasan sama dengan bumi. Orbit planet dugaan stabil - jauh di dalam lingkungan Bukit dan jauh melebihi had Roche. Penulis tidak mendesak penemuan itu dan memerintahkan pemerhatian Kepler 1625 oleh teleskop Hubble untuk 28-29 Oktober 2017 - waktu transit berikutnya. Ia berlaku. Tidak ada maklumat yang diterbitkan, kecuali abstrak persidangan dengan ringkasan "hasil awal pemerhatian dilaporkan". Ini kemungkinan besar bermaksud bahawa pemerhatian tidak memberikan hasil yang jelas.bahawa pemerhatian tidak memberikan hasil yang jelas.bahawa pemerhatian tidak memberikan hasil yang jelas.
Hasil lain yang mengecewakan adalah dengan menambahkan transit banyak planet dari pangkalan data Kepler. Penulis telah memilih lebih dari tiga ratus eksoplanet, yang, dari sudut pandangan mereka, adalah yang paling menjanjikan untuk mencari satelit. Kriteria merangkumi orbit antara 1 dan 0,1 AU dan kualiti data yang baik. Sebagai kesan yang diinginkan, kegelapan bintang dari analog satelit Galilea planet ini, iaitu analog satelit Galilea dari Musytari yang diperkecil dengan ukuran planet ini, dinyatakan. Dalam kes ini, jumlah lengkung cahaya untuk semua transit semua planet dalam sampel telah diambil.
Sayangnya, isyarat positif tidak melebihi 2 σ, dan hasilnya meletakkan had atas yang signifikan secara saintifik pada banyaknya satelit besar. Bahagian planet dengan analog satelit Galilea tidak melebihi 0.38 pada tahap keyakinan 95%.
Nampaknya kekurangan satelit exoplanet berhubung dengan satelit Musytari cukup nyata. Penjelasan paling mudah: populasi eksoplanet besar dalam 1 AU. Iaitu, bagi bintang-bintang kelas Matahari, kemungkinan besar ini adalah pendatang dari wilayah yang lebih jauh. Apa yang dilakukan dengan satelit planet semasa migrasi? Ada kemungkinan bahawa mereka kehilangan kestabilan.
Akhirnya. Sekumpulan saintis serius mencari data Kepler untuk satelit exoplanet. Adakah ini bermaksud bahawa topik telah habis dan tidak bersinar bagi sesiapa untuk mencari sesuatu yang baru dalam data ini mengenai exoluns? Tidak seperti ini! Pertama, sebarang karya mesti diulang untuk pengesahan. Rakan-rakan saya memeriksa semula data teleskop gelombang mikro WMAP, yang nampaknya diperiksa semula hingga ke lubang, dan menemui artifak yang jelas, yang kemudian harus diperbaiki. Kedua, ini adalah sejumlah besar pekerjaan yang berada di luar kekuatan satu pasukan. Oleh itu, saya ingin mendorong sukarelawan: data terbuka, hanya masalah abu-abu yang diperlukan, yang masih tersedia di Rusia.
Boris Stern
