Jokaisessa julkisessa luennossa eksoplaneeteista joku kysyy välttämättä kysymystä eksoplaneetan satelliiteista. Kysymys on niin mielenkiintoinen, että se ansaitsee erillisen artikkelin.
Tällä hetkellä löydettyjen eksoplaneettojen määrä lähestyy kuutta tuhatta (mukaan lukien vahvistamattomat). Kuinka monta suurta satelliittia näillä planeetoilla pitäisi olla? Aurinkokuntamme tarkasteltaessa voidaan olettaa, että suunnilleen sama - meillä on seitsemän kuun kokoista ja suurempia satelliitteja kahdeksalle planeetalle (Kuu, Io, Europa, Ganymede, Callisto, Titan, Triton). Entä eksoplaneettojen satelliitit? Valitettavasti toistaiseksi melkein mitään. Silti ensimmäiset, vielä epämääräiset tulokset alkavat näkyä.
Planeettien satelliitit ovat mielenkiintoisia, koska elämä on niillä mahdollista, vaikka planeetta olisi jättimäinen eikä sinänsä ole sopeutunut elämään. Esimerkiksi "asuttavalta alueelta" löytyi melko vähän jättiläisiä planeettoja (vuoden 2014 tietojen mukaan 45). Jos heillä on tarpeeksi suuria satelliitteja, miksi niiden ei pitäisi syntyä? Pitäisi olla upea näkymä: taivaassa hallitseva jättiläinen planeetta, näkyvä sekä yöllä että päivällä. Tietysti tällainen kuva inspiroi taiteilijoita ja jossain määrin tutkijoita työskentelemään Keplerin tietojen kanssa. Ilmeisesti tämä tieto on ainoa paikka, josta eksoplaneetan satelliitti voidaan tällä hetkellä löytää.
Ensinnäkin joitain hyödyllisiä käsitteitä.
Maapallon satelliitti ei voi pyöriä sen ympärillä millään etäisyydellä. Kiertoradan kokoa rajoittaa ylhäältä ns. Hill-pallo, jonka ulkopuolella satelliitti poistuu planeetan painovoimakentästä ja siitä tulee tähti itsenäinen seuralainen. Tässä on tämän pallon säde yksinkertaisimmalle tapaukselle, kun satelliitin kiertorata on pyöreä: RH = a (m / 3M) 1/3, missä a on planeetan kiertoradan puolitärkein akseli, m on planeetan massa, M on tähden massa. Maan kannalta Hillin säde on noin 1,5 miljoonaa km. Hieman kauempana ovat Lagrange-kohdat L1 ja L2, joissa avaruusteleskoopit otetaan pois. Hillin säde lähellä Neptunusta, ennätys aurinkokunnassa, on noin 100 miljoonaa km. Todellisuudessa erilaisten häiritsevien tekijöiden takia kiertoratojen säde, joka on vakaa miljardien vuosien mittakaavassa, on pienempi - noin puoli tai jopa kolmasosa Hillin säteestä.
Kiertoradan kokoa on rajoitettu myös alhaalta: liian läheisessä kiertoradalla satelliitti revitään planeetan painovoiman vaikutuksesta ja muuttuu eräänlaiseksi Saturnuksen renkaiksi. Tätä rajaa kutsutaan Rochen vyöhykkeeksi, sen olemukseksi: vuorovesivoimat ylittävät satelliitin omapainovoiman. Rochen raja riippuu jälkimmäisen jäykkyydestä: jos satelliitti voi muodonmuuttua kuin neste, niin Rochen raja on melkein kaksinkertainen. Kaikki aurinkokunnan satelliitit ovat "kovan" Rochen rajan ulkopuolella, mutta jotkut esiintyvät onneksi "neste" -rajan sisällä, esimerkiksi Saturnuksen viisi lähintä satelliittia.
Kuumin Jupitereille Hill-pallon säde on lähellä Rochen rajaa - heillä ei varmasti voi olla satelliitteja. Tähtien läheisyydessä toimivien satelliittien kiertoratojen epävakauteen liittyy myös muita mekanismeja, joten satelliittien olemassaolon todennäköisyys planeetoilla, joiden kiertorata-aika on jopa 10-20 päivää miljardien vuosien ajan, on vähäinen. On sääli, koska löydettyjen eksoplaneettojen joukossa on paljon lyhytaikaisia eksoplaneeteita, ja tulevina vuosina ne hallitsevat uusien saapujien joukossa. Ja mikä tärkeintä, lyhytaikaisten planeettojen satelliitit olisi helpointa havaita, jos ne olisivat siellä.
Mutta olemme kiinnostuneimpia "asumisalueella" olevien planeettojen satelliiteista. Siellä niiden kiertorata voi olla vakaa monien miljardien vuosien ajan - katso kuuhun.
Mainosvideo:
Kuinka löytää eksoplaneetta-satelliitti
Kuinka suuret planeetta-satelliitit voivat olla? Aurinkokunnan perusteella päätellen satelliittien kokonaismassan ja planeetan massan tyypillinen suhde on 1/10000. Tämä pätee Jupiter-järjestelmään, Saturnukseen (jossa on pieni ylimäärä Titanin takia) ja Uranukseen. Neptunuksella ja Marsilla on vähemmän "alkuperäisiä" satelliitteja (Triton ei ole kotoisin, se on siepattu Kuiper-vyöobjekti). Ilmeisesti tällainen suhde on luonnollinen, kun satelliitit muodostuvat pölyisestä levystä planeetan ympärillä. Kuu on erillinen keskustelu, sen massa on kaksi suuruusluokkaa suurempi kuin satelliittien tyypillinen massa, se muodostui katastrofaalisen törmäyksen seurauksena. Silloin meillä on oikeus odottaa, että super Jatiter-massaisten satelliittien, joissa on 10 Jupiteria, massa (ja sellaisia on löytynyt paljon) on Marsin massan luokkaa. Tällainen ruumis voi olla hyvin havaittavissa planeetan kulkiessa - ensin tähti varjoaa satelliitin, sitten planeetan itse. Satelliittien vaikutus on sata kertaa vähemmän, mutta hyvällä kauttakulkutilastoilla (planeetta ylittää tähden levyn monta kertaa) se voidaan havaita enemmän tai vähemmän luotettavasti. Kaapattu planeetta voi tietysti olla myös satelliitti, tässä tapauksessa se voi olla huomattavasti suurempi, mutta tuskin kukaan osaa sanoa, mikä on todennäköisyys löytää epätavallisen suuri siepattu esine.
Toinen vaihtoehto on kauttakulun ajoitus. Jos satelliitti on planeetan edellä kiertoradallaansa tähtien ympärillä, planeetan kauttakulku tapahtuu vähän myöhemmin, jos se on jäljessä - vähän aikaisemmin. Esimerkiksi, jos kaikki Jupiterin satelliitit kootaan yhteen ja sijoitetaan Ganymeden paikkaan, niin Jupiterin siirtymä on plus tai miinus 100 km, joka ilmaistaan kauttakulkujen viivästymisessä / etenemisessä noin 7 s - 4 suuruusluokkaa pienemmällä siirtoajalla. Tämä on kaukana mittaustarkkuudesta. Satelliitin on oltava poikkeuksellisen suuri. Yleensä tämä menetelmä on heikompi kuin edellinen.
Planeettien satelliitteja ei periaatteessa voida havaita spektrometrisella menetelmällä tähtiä säteittäisnopeudella - tässä kaikki satelliitin mahdolliset vaikutukset ovat vähäiset.
Painovoimaisen mikrosekoituksen menetelmä on edelleen olemassa, mutta se perustuu harvinaiseen onnekkaan. Jos taustatähti (ei isäntätähti, mutta taustalla oleva kaukana oleva tähti) kulkee satelliitin kanssa täsmälleen planeetan taakse, tämän tähden valokäyrään tulee kaksoispiikki.
Kolme planeetan Kepler 1625b kauttakulkua (Kepler-tietokannassa on vain kolme). Tähti Kepler 1625: n vaalea käyrä on esitetty. Kiinteä viiva on - sopiva malli Neptunuksen kokoisella satelliitilla. Mallin tilastollinen merkitys - 4,1 σ. Jos poistamme kolmannen kuljetuksen, merkitys putoaa merkityksettömään arvoon.
Yleisesti ottaen lupaavin on ensimmäinen luetelluista menetelmistä - satelliittikuljetus. Se vaatii erittäin suuren joukon havaintoja. Tällainen taulukko on olemassa, se on Keplerin arkistotiedot, jotka ovat julkisesti saatavilla. Kepler työskenteli pääohjelmassa vähän yli neljä vuotta. Ei riitä, että satelliittivälitykset havaitaan luotettavasti "elämän alueella", mutta parasta tietoa ei ole. Tällä hetkellä sieltä on etsittävä jälkiä satelliiteista, ja on täysin mahdollista, että yksi satelliitti on jo löydetty.
Exolunien haku
Ensimmäinen vihje satelliiteista löytyi lähellä planeettaa "puhelinnumerolla" 1SWASP J140747.93-394542.6 b. Se on jättiläinen planeetta, jonka massa on 20 Jupiteria - ruskean kääpiön partaalla1. Kuljetukset osoittivat, että siinä on valtava rengasjärjestelmä, renkaissa on aukkoja ja satelliittien on istettava aukkoissa - he syövät nämä aukot. Se on kaikki. Näistä satelliiteista ei ole muita tietoja.
Toinen satelliitti löydettiin mikrolennoimalla orpoplaneetta, joka lentäi vapaasti avaruudessa. On vaikea sanoa jotain planeetan massasta ja satelliitista - se voi olla ruskea kääpiö, jonka ympärillä kiertää "neptuna". Tämä tapaus ei ole niin mielenkiintoinen.
Vuonna 2012 Pulkovon observatorion tähtitieteilijät ilmoittivat satelliitin mahdollisesta löytämisestä lähelle eksoplaneetta WASP 12b. Se on erittäin kuuma Jupiter, joka kiertää auringonluokan tähtiä päivässä. Maapallon kauttakulkun aikana havaittiin kirkkauden murtumia, jotka havaintojen kirjoittajien mukaan voidaan tulkita planeetan kulkemiseksi tähtipisteiden läpi tai planeetan satelliittina sulautuen ajoittain sen levyyn. Toinen tulkinta aiheutti huomattavan vastauksen Venäjän lehdistössä, mutta se ei yksinkertaisesti ole fyysistä: Tämän planeetan Hill-pallo käytännössä vastaa Rochen vyöhykettä. Siellä ei voi olla satelliittia.
Hakeaksesi eksooneja Kepler-tiedoista organisoitiin HEK (Hunt for Exomoons with Kepler) -projekti. Projektitiimi on ravistanut tietoja hyvin ja näyttää vetäneen sieltä hyödyllistä tietoa. Totta, ei kovin optimistinen. Alla olevat tulokset julkaistiin lokakuussa 2017 yhdessä artikkelissa2.
Yhtäältä löytyi osoitus planeetan Kepler 1625 b satelliitista. Tilastollinen merkitsevyys on noin 4 σ, mikä on melko pieni ottaen huomioon tutkittujen eksoplaneettojen suuri määrä. Pahempaa, samassa tutkimuksessa "antisatelliitti" löydettiin yhden tähden planeetan läheisyydestä, ts. Vastakkaismerkin signaali, jolla on sama merkitys 4 σ. On selvää, että tämä signaali on väärä, koska "anti-satelliittia" jäljitteleviä luonnonilmiöitä ei ole. Lisäksi planeetalla oli vain kolme kauttakulkua, ja vain yksi niistä on riittävän vakuuttava. Jos vaikutus vahvistetaan, se on Neptunuksen kokoinen satelliitti planeetalle, jonka massa on vähintään 10 Jupiterimassasta (massa arvioidaan väitetyn satelliitin kiertoradalta), mikä vastaa kaapattua planeettaa. Satelliitti planeetan kanssa on "elämän alueella": lämmitys on täsmälleen sama kuin maan. Oletetun planeetan kiertorata on vakaa - syvällä Hill-pallon sisällä ja kaukana Rochen rajan. Kirjoittajat eivät vaadi löytöä ja tilasivat Kepler 1625: n havainnoinnin Hubble-kaukoputkella 28. – 29. Lokakuuta 2017 - seuraavan kauttakulun aikaan. Se tapahtui. Tietoja ei ole julkaistu, paitsi konferenssin tiivistelmä, jossa on yhteenveto”havaintojen alustavat tulokset raportoidaan”. Tämä tarkoittaa todennäköisesti, että havainto ei antanut yksiselitteistä tulosta.että havainto ei antanut yksiselitteistä tulosta.että havainto ei antanut yksiselitteistä tulosta.
Toinen pettymys tulos syntyy yhdistämällä monien planeettojen kulkuyhteydet Kepler-tietokannasta. Kirjoittajat ovat valinneet yli kolmesataa eksoplaneettaa, jotka heidän mielestään ovat lupaavimpia satelliittien etsimiseen. Kriteereihin kuuluu kiertorata välillä 1 - 0,1 AU ja hyvä tiedonlaatu. Halutuna vaikutuksena paljastettiin tähden tummeneminen planeetan Galilean-satelliittien analogista, toisin sanoen Jupiterin Galilean-satelliittien analogeista, jotka skaalataan planeetan koon mukaan. Tässä tapauksessa otettiin näytteen kaikkien planeettojen kaikkien kauttakulkujen valokäyrien summa.
Valitettavasti positiivinen signaali ei ylitä 2 σ, ja tulos asettaa tieteellisesti merkittävän ylärajan suurten satelliittien runsaudelle. Niiden planeettojen osuus, joilla on Galilean satelliittianalogi, ei ylitä 0,38 95%: n luotettavuustasolla.
Näyttää siltä, että eksoplaneetta-satelliittien puute suhteessa Jupiterin satelliiteihin on melko todellinen. Yksinkertaisin selitys: suurten eksoplaneettojen populaatio yhden AU: n sisällä. Toisin sanoen, Auringon luokan tähtiä varten nämä ovat todennäköisimmin siirtolaisia kauempana alueilta. Mitä tehdään planeetta-satelliiteille muuton aikana? On mahdollista, että he menettävät vakautta.
Lopuksi. Joukkue vakavia tutkijoita kammasi Keplerin tietoja eksoplaneetta-satelliiteista. Tarkoittaako tämä, että aihe on käytetty loppuun, ja kukaan ei pidä löytämään mitään uutta näistä tiedoista, jotka koskevat purkautumista? Mitään tällaista! Ensinnäkin kaikki työt on toistettava todentamiseksi. Ystäväni tarkistivat WMAP-mikroaaltoaaltoteleskoopin tiedot, jotka näyttivät kaksinkertaisesti tarkistettavan reikiin, ja löysivät ilmeisiä esineitä, jotka sitten piti korjata. Toiseksi tämä on valtava määrä työtä, joka on yhden joukkueen voimien ulkopuolella. Siksi haluaisin kannustaa vapaaehtoisia: tiedot ovat avoimia, tarvitaan vain harmaata ainetta, jota Venäjällä on edelleen saatavana.
Boris Stern