Na svakom javnom predavanju o egzoplanetima netko nužno postavlja pitanje o satelitima egzoplaneta. Pitanje je toliko zanimljivo da zaslužuje zaseban članak.
Trenutno se broj pronađenih egzoplaneta približava šest tisuća (uključujući nepotvrđene). Koliko velikih satelita trebaju imati ovi planeti? Gledajući naš sunčani sustav, možemo pretpostaviti da je otprilike isti - imamo sedam satelita veličine mjeseca i veći za osam planeta (Mjesec, Io, Europa, Ganymede, Callisto, Titan, Triton). Što je sa satelitima egzoplaneta? Jao, zasad gotovo ništa. Ipak počinju se pojavljivati prvi, još uvijek nejasni, rezultati.
Sateliti planeta su zanimljivi jer je život na njima moguć, čak i ako je planet velikan i sam po sebi nije ni na koji način prilagođen za život. Primjerice, u „životnoj zoni“pronađeno je dosta ogromnih planeta (45 prema podacima iz 2014.). Ako imaju dovoljno velike satelite, zašto život ne bi nastao na njima? Trebao bi biti prekrasan pogled: divovski planet koji dominira nebom, vidljiv i noću i danju. Naravno, takva slika nadahnjuje umjetnike, a donekle i istraživače, radeći s Keplerovim podacima. Navodno su ovi podaci jedino mjesto na kojem se trenutno može otkriti satelit egzoplaneta.
Za početak, neki korisni pojmovi.
Satelit planeta se ne može vrtjeti oko njega ni na jednoj udaljenosti. Veličina orbite odozgo je ograničena takozvanom Hill-sferom, izvan koje satelit napušta gravitacijsko polje planeta i postaje neovisni satelit zvijezde. Evo polumjera ove sfere za najjednostavniji slučaj, kada je orbita satelita kružna: RH = a (m / 3M) 1/3, gdje je a polu-glavna osovina planete planeta, m je masa planeta, M je masa zvijezde. Za Zemlju je radijus Brda oko 1,5 milijuna km. Malo dalje nalaze se Lagrangeove točke L1 i L2, iz kojih su izvađeni svemirski teleskopi. Hill's radijus u blizini Neptuna, koji je rekord u Sunčevom sustavu, je oko 100 milijuna km. U stvarnosti, zbog različitih uznemirujućih čimbenika, polumjer orbite, koji su stabilni na ljestvici od nekoliko milijardi godina, je manji - otprilike polovica ili čak trećina radijusa Brda.
Veličina orbite je također ograničena odozdo: na preblizu orbiti satelit je rastrgan gravitacijom planete i pretvara se u svojevrsne prstenove Saturna. Ta se granica naziva zona Roche, njezina suština: sile plima prelaze samo gravitaciju satelita. Rocheova granica ovisi o krutosti potonjeg: ako se satelit može deformirati poput tekućine, tada je Rocheova granica gotovo dvostruko veća. Svi sateliti Sunčevog sustava su izvan "tvrde" Rocheove granice, ali neki sretno postoje unutar "tekuće" granice, na primjer, pet najbližih satelita Saturna.
Za najtoplijeg Jupitera, polumjer sfere Hill je blizu granice Roche - oni sigurno ne mogu imati satelite. Ali postoje i drugi mehanizmi nestabilnosti satelita u orbiti koji djeluju u blizini zvijezde, tako da je vjerojatnost postojanja satelita na planetama s orbitalnim razdobljem do 10-20 dana tijekom milijardi godina zanemarljiva. Šteta, jer među otkrivenim egzoplanetima ima puno kratkoročnih egzoplaneta, a oni će u narednim godinama dominirati među novim dolaznicima. I što je najvažnije, satelite planeta kratkog razdoblja najlakše bi bilo otkriti da su oni tamo.
Ali nas najviše zanimaju sateliti planeta u "nastanjenoj zoni". Tamo njihove orbite mogu biti stabilne duge milijarde godina - pogledajte Mjesec.
Promotivni video:
Kako pronaći satelit egzoplanete
Koliki mogu biti planetarni sateliti? Sudeći po Sunčevom sustavu, tipičan omjer ukupne mase satelita i mase planeta je 1/10000. To vrijedi za Jupiterov sustav, Saturn (s malim viškom zbog Titana) i Uran. Neptun i Mars imaju manje "nativne" satelite (Triton nije domorodac, to je zarobljeni objekt Kuiperovog pojasa). Navodno je takav omjer prirodan kada se sateliti formiraju iz prašnjavog diska oko planete. Mjesec je zaseban razgovor, njegova masa je dva puta jača od tipične mase satelita, nastala je kao rezultat katastrofalnog sudara. Tada imamo pravo očekivati da će masa satelita superjupitara s 10 masa Jupitera (a takvih je mnogo njih pronađeno) biti reda mase Marsa. Takvo se tijelo može primijetiti tijekom tranzita planeta - prvo zvijezda pomrači satelit, potom sam planet. Učinak iz satelita bit će sto puta manji, ali s dobrom statistikom tranzita (planet mnogo puta prelazi zvijezdani disk) može se utvrditi manje ili više pouzdano. Naravno, zarobljeni planet može biti i satelit, u ovom slučaju može biti značajno veći, ali jedva da je netko u stanju reći kolika je vjerojatnost pronalaska nenormalno velikog zarobljenog objekta.
Druga opcija je tranzitna satnica. Ako je satelit ispred planete u svojoj orbiti oko zvijezde, tranzit planeta će se dogoditi nešto kasnije, ako zaostaje - malo ranije. Na primjer, ako se svi sateliti Jupitera sastave u jedan i postave na mjesto Ganymede, tada će pomak Jupitera biti plus ili minus 100 km, što se izražava kašnjenjem / napredovanjem tranzita za otprilike 7 s - 4 veličine veličine manje vremena prolaska. To je daleko iznad točnosti mjerenja. Satelit mora biti nenormalno velik. Općenito je ova metoda slabija od prethodne.
Sateliti planeta u principu se ne mogu detektirati spektrometrijskom metodom iz radijalne brzine zvijezde - ovdje su svi zamislivi efekti satelita zanemarivi.
Metoda gravitacijskog mikroleniranja ostaje, ali se temelji na rijetkoj sreći. Ako pozadinska zvijezda (ne zvijezda domaćin, već udaljena u pozadini) prođe točno iza planeta sa satelitom, u svjetlosnoj krivulji ove zvijezde pojavit će se dvostruki šiljak.
Tri tranzita planeta Kepler 1625b (u Keplerovoj bazi podataka postoje samo tri). Prikazana je svjetlosna krivulja zvijezde Kepler 1625. Solidna linija je - odgovarajući model sa satelitom veličine Neptuna. Statistička značajnost modela - 4.1 σ. Ako uklonimo treći tranzit, značaj pada na zanemarivu vrijednost.
Općenito, najperspektivnija je prva od nabrojanih metoda - satelitski tranzit. Zahtijeva vrlo velik niz opažanja. Takav niz postoji, to su Keplerovi arhivski podaci koji su u javnoj domeni. Kepler je na glavnom programu radio nešto više od četiri godine. Nije dovoljno pouzdano otkriti satelitske tranzite u "zoni života", ali najbolji podaci ne postoje. Trenutno se tamo moraju tražiti tragovi satelita i vrlo je moguće da je jedan satelit već pronađen.
Potraga za otapalima
Prvo nagovještaj satelita pronađeno je u blizini planete s "telefonskim brojem" 1SWASP J140747.93-394542.6 b. To je divovski planet s masom od 20 Jupitera - na rubu smeđeg patuljaka1. Transit je pokazao da ima ogroman sustav prstenova, prstenovi imaju praznine, a sateliti bi trebali sjediti u prazninama - jedu ove praznine. Sve je to. O tim satelitima nema drugih podataka.
Drugi satelit pronađen je mikroleniranjem planete siroče koja slobodno leti u svemiru. Teško je reći nešto o masi planeta i satelita - to je možda smeđi patuljak s okolo oko njega "neptun". Ovaj slučaj i nije toliko zanimljiv.
2012. astronomi u opservatoriju Pulkovo najavili su moguće otkriće satelita u blizini egzoplaneta WASP 12b. To je vrlo vrući Jupiter koji danom kruži oko zvijezde Sunčeve klase. Tijekom tranzita planete primijećeni su pragovi svjetline, koji se, prema autorima opažanja, mogu protumačiti kao prolazak planeta kroz zvijezdene točke ili kao satelit planete, povremeno se stapajući s njenim diskom. Druga interpretacija izazvala je primjetni odgovor u ruskom tisku, ali jednostavno nije fizička: sfera brda za ovaj planet praktički se poklapa sa zonom Roche. Tamo ne može biti satelit.
U potrazi za egzoonima u Keplerovim podacima organiziran je projekt HEK (Lov na eksomone s Keplerom). Projektni tim dobro je potresao podatke i čini se da su odavde izvukli neke korisne informacije. Istina, nije baš optimističan. Rezultati u nastavku objavljeni su u listopadu 2017. u jednom članku2.
S jedne strane, pronađena je naznaka satelita planeta Kepler 1625 b. Statistička značajnost je oko 4 σ, što je prilično malo, s obzirom na veliki broj proučenih egzoplaneta. Još gore, u istoj je studiji pronađen „antisatelit“u blizini planeta jedne od zvijezda, to jest, signala suprotnog znaka s istim značenjem 4 σ. Jasno je da je ovaj signal lažan, jer nema prirodnih pojava koji oponašaju "antisatelit". Štoviše, planet je imao samo tri tranzita, a samo je jedan od njih dovoljno uvjerljiv. Ako se efekt potvrdi, to će biti satelit veličine Neptuna za planet s masom od najmanje 10 masa Jupitera (masa se procjenjuje iz orbite navodnog satelita), što odgovara zarobljenom planetu. Satelit s planetom nalazi se u "životnoj zoni": grijanje je potpuno isto kao i na Zemlji. Orbita pretpostavljenog planeta je stabilna - duboko u sferi Hilla i daleko više od granice Roche. Autori ne inzistiraju na otkriću i naredili su promatranje Keplera 1625 Hubble teleskopom za 28. do 29. listopada 2017. - vrijeme sljedećeg tranzita. Dogodilo se. Nema objavljenih podataka, osim sažetka konferencije sa sažetkom „preliminarni rezultati zapažanja se izvještavaju“. To najvjerojatnije znači da promatranje nije dalo nedvosmislen rezultat.da opažanje nije dalo nedvosmislen rezultat.da opažanje nije dalo nedvosmislen rezultat.
Drugi razočaravajući rezultat dolazi zbrajanjem tranzita mnogih planeta iz Keplerove baze. Autori su odabrali više od tristo egzoplaneta koji su, s njihovog stajališta, najperspektivniji za traženje satelita. Kriteriji uključuju orbitu između 1 i 0,1 AU i dobru kvalitetu podataka. Kao željeni učinak otkriveno je zamračenje zvijezde s analognog Galilejevog satelita planeta, odnosno analoga galilejskih satelita Jupitera skalirano veličinom planeta. U ovom je slučaju uzeta zbroj svjetlosnih krivulja za sve tranzite svih planeta u uzorku.
Jao, pozitivni signal ne prelazi 2 σ, a rezultat postavlja znanstveno značajnu gornju granicu obilja velikih satelita. Udio planeta s analognim galilejskim satelitima ne prelazi 0,38 na razini pouzdanosti od 95%.
Čini se da je nedostatak satelita egzoplaneta u odnosu na satelite Jupitera sasvim stvaran. Najjednostavnije objašnjenje: populacija velikih egzoplaneta unutar 1 AU. To je, za zvijezde klase Sunca, to su najvjerojatnije migranti iz udaljenijih regija. Što se događa s planetarnim satelitima tijekom migracije? Moguće je da gube stabilnost.
Konačno. Tim ozbiljnih znanstvenika češljao je Keplerove podatke za satelite egzoplaneta. Znači li to da je tema iscrpljena i da nikome ne blista ništa što se u tim podacima može naći u vezi s otapalima? Ništa takvo! Prvo, svaki se rad mora ponoviti radi provjere. Moji prijatelji dvaput su provjerili podatke WMAP mikrovalnog teleskopa, koji je, čini se, bio dvostruko provjeren do rupa, i pronašli očite artefakte, koje je tada trebalo ispraviti. Drugo, ovo je ogromna količina posla koja je izvan snage jednog tima. Stoga želim ohrabriti volontere: podaci su otvoreni, potrebna je samo siva tvar, koja je i dalje dostupna u Rusiji.
Boris Stern