Igal avalikul loendil eksoplaneetide kohta küsib keegi tingimata küsimust eksoplaneedi satelliitide kohta. Küsimus on nii huvitav, et väärib eraldi artiklit.
Praegu läheneb leitud eksoplaneetide arv kuuele tuhandele (sealhulgas kinnitamata). Mitu suurt satelliiti peaks neil planeetidel olema? Vaadates meie päikesesüsteemi, võime eeldada, et umbes sama - kaheksa planeedi kohta on meil seitse Kuu suurusega ja suuremat satelliiti (Kuu, Io, Europa, Ganymede, Callisto, Titan, Triton). Aga eksoplaneetide satelliidid? Kahjuks pole siiani peaaegu midagi. Kuid esimesed, seni ebamäärased tulemused on hakanud ilmnema.
Planeetide satelliidid on huvitavad, kuna elu on nendel võimalik, isegi kui planeet on hiiglaslik ja pole iseenesest mingil moel eluks kohandatud. Näiteks leiti "asustatavast tsoonist" üsna palju hiiglaslikke planeete (2014. aasta andmetel 45). Kui neil on piisavalt suured satelliidid, miks ei peaks nende elu tekkima? Seal peaks olema imeline vaade: taevas domineerib hiiglaslik planeet, mis on nähtav nii öösel kui päeval. Muidugi inspireerib selline pilt kunstnikke ja mingil määral ka Kepleri andmetega töötavaid teadlasi. Ilmselt on see teave ainus koht, kus eksoplaneedi satelliit on praegu avastatav.
Alustuseks mõned kasulikud mõisted.
Planeedi satelliit ei saa selle ümber pöörduda ühegi vahemaa tagant. Orbiidi suurust piirab ülaltpoolt nn Hilli sfäär, millest väljaspool satelliit lahkub planeedi gravitatsiooniväljast ja saab tähe iseseisvaks kaaslaseks. Siin on selle sfääri raadius lihtsaima juhtumi korral, kui satelliidi orbiit on ümmargune: RH = a (m / 3M) 1/3, kus a on planeedi orbiidi poolsuurtelg, m on planeedi mass, M on tähe mass. Maa jaoks on Hilli raadius umbes 1,5 miljonit km. Veidi kaugemal asuvad Lagrange'i punktid L1 ja L2, kust kosmoseteleskoobid välja võetakse. Hilli raadius Neptuuni lähedal, mis on Päikesesüsteemi rekord, on umbes 100 miljonit km. Tegelikkuses on mitmesuguste häiritavate tegurite tõttu miljardite aastate skaalal stabiilsete orbiitide raadius väiksem - umbes pool või isegi kolmandik Mägi raadiusest.
Altpoolt on piiratud ka orbiidi suurus: liiga lähedasel orbiidil lõhub satelliit planeedi raskusjõu ja see muutub omamoodi Saturni rõngasteks. Seda piiri nimetatakse Roche'i tsooniks, selle olemuseks: loodejõud ületavad satelliidi enese gravitatsiooni. Roche'i piir sõltub viimase jäikusest: kui satelliit võib deformeeruda nagu vedelik, on Roche'i piir peaaegu kaks korda suurem. Kõik Päikesesüsteemi satelliidid asuvad väljaspool "kõva" Roche'i piiri, kuid mõned eksisteerivad õnnelikult "vedeliku" piiri sees, näiteks Saturnuse viis lähimat satelliiti.
Kuumimate Jupiterite jaoks on Hilli sfääri raadius Roche'i piiri lähedal - neil ei saa kindlasti olla satelliite. Kuid tähe läheduses tegutsevate satelliidi orbiitide ebastabiilsuse jaoks on ka teisi mehhanisme, nii et satelliitide olemasolu tõenäosus planeetidel, mille orbitaalperiood on kuni 10-20 päeva miljardite aastate jooksul, on tühine. Sellest on kahju, kuna avastatud eksoplaneetide hulgas on palju lühiajalisi eksoplaneete ja lähiaastatel domineerivad need uute saabujate seas. Ja mis kõige tähtsam - lühiajaliste planeetide satelliite oleks kõige lihtsam tuvastada, kui nad seal oleksid.
Kuid meid huvitavad kõige enam "elamisvööndis" asuvate planeetide satelliidid. Seal võivad nende orbiidid olla stabiilsed mitu miljardit aastat - vaadake Kuule.
Reklaamvideo:
Kuidas leida eksoplaneedi satelliit?
Kui suured võivad olla planeedi satelliidid? Päikesesüsteemi järgi otsustades on satelliitide kogumassi ja planeedi massi tüüpiline suhe 1/10000. See kehtib Jupiteri süsteemi, Saturni (koos Titani tõttu väikese ülejäägiga) ja Uraani kohta. Neptuunil ja Marsil on vähem "looduslikke" satelliite (Triton pole pärismaalane, see on hõivatud Kuiperi vöö objekt). Ilmselt on selline suhe loomulik, kui satelliidid moodustuvad planeedi ümber asuvast tolmust kettast. Kuu on eraldi vestlus, selle mass on kaks suurusjärku kõrgem kui tüüpiline satelliitide mass, see moodustus katastroofilise kokkupõrke tagajärjel. Siis on meil õigus eeldada, et 10 Jupiteri massiga superjupiteri satelliitide mass (ja selliseid on leitud palju) on Marsi massi suurusjärgus. Sellist keha võib planeedi transiidi ajal märgata - esiteks varjutab tähe satelliit, siis planeet ise. Satelliidi mõju on sada korda väiksem, kuid hea transiidistatistika korral (planeet ületab tähe ketast mitu korda) on see enam-vähem usaldusväärselt tuvastatav. Muidugi võib pildistatud planeet olla ka satelliit, sel juhul võib see olla oluliselt suurem, kuid vaevalt suudab keegi öelda, milline on ebanormaalselt suure pildistatud objekti leidmise tõenäosus.
Teine võimalus on transiidi ajastus. Kui satelliit asub planeedi ees oma orbiidil tähe ümber, toimub planeedi transiit pisut hiljem, kui see jääb maha - pisut varem. Näiteks kui kõik Jupiteri satelliidid koondatakse ühte ja asetatakse Ganymede'i asemele, siis on Jupiteri nihkumine pluss-miinus 100 km, mida väljendatakse transiitide viivituses / edasiliikumises umbes 7 s - 4 suurusjärku vähem transiidiaega. See on kaugelt üle mõõtmise täpsuse. Satelliit peab olema ebanormaalselt suur. Üldiselt on see meetod eelmisest nõrgem.
Planeedi satelliite ei ole põhimõtteliselt võimalik spektromeetrilisel meetodil tuvastada tähe radiaalkiiruse järgi - siin on satelliidilt kõik mõeldavad mõjud tähtsusetud.
Gravitatsioonilise mikrolülituse meetod jääb alles, kuid see põhineb haruldasel õnnel. Kui taustatäht (mitte vastuvõtutäht, vaid taustal asuv kaugem) möödub satelliidiga täpselt planeedi taga, ilmub selle tähe valguse kõverasse kahekordne teravik.
Planeedi Kepler 1625b kolm transiiti (Kepleri andmebaasis on ainult kolm). Kuvatakse tähe Kepler 1625 hele kõver. Tahke joon on - sobivat mudelit Neptuuni suurusega satelliidiga. Mudeli statistiline olulisus - 4,1 σ. Kolmanda transiidi eemaldamisel langeb tähtsus tähtsusetuks.
Üldiselt on kõige lootustandvam loetletud meetoditest esimene - satelliidi transiit. See nõuab väga suurt hulka vaatlusi. Selline massiiv on olemas, Kepleri arhiiviandmed on avalikus omandis. Kepler töötas põhiprogrammi kallal veidi üle nelja aasta. "Elutsoonis" satelliidiülekannete usaldusväärseks tuvastamiseks ei piisa, kuid parimaid andmeid pole. Praegu tuleb sealt otsida satelliitide jälgi ja on täiesti võimalik, et üks satelliit on juba leitud.
Väljavõtjate otsimine
Esimene vihje satelliitidele leiti planeedi lähedalt "telefoninumbriga" 1SWASP J140747.93-394542.6 b. See on hiiglaslik planeet, mille mass on 20 Jupiteri - pruuni kääbuse äärel1. Transiit näitas, et sellel on tohutu rõngaste süsteem, rõngastel on lüngad ja satelliidid peaksid istuma lünkades - nad söövad neid lünki. See on kőik. Nende satelliitide kohta pole muud teavet.
Veel üks satelliit leiti kosmoses vabalt lendava orvuplaneedi mikrolülitamise teel. Planeedi ja satelliidi massi kohta on keeruline midagi öelda - see võib olla pruun kääbus, mille ümber tiirleb "Neptuun". See juhtum pole nii huvitav.
2012. aastal teatasid Pulkovo observatooriumi astronoomid satelliidi võimalikust avastamisest eksoplaneedi WASP 12b lähedal. See on väga kuum Jupiter, kes tiirleb Päikeseklassi tähe all päevas. Planeedi transiidi ajal täheldati heleduse purunemist, mida vaatluste autorite sõnul võib tõlgendada kui planeedi läbimist tähelaikude kaudu või planeedi satelliidina, perioodiliselt sulandudes selle kettaga. Teine tõlgendus on põhjustanud Venemaa ajakirjanduses märgatava reageerimise, kuid see pole lihtsalt füüsiline: selle planeedi Hilli sfäär langeb praktiliselt kokku Roche'i tsooniga. Seal ei saa olla satelliiti.
Ekspleide otsimiseks Kepleri andmetest korraldati projekt HEK (Homo for Exomoons with Kepler). Projekti meeskond on andmeid hästi üles raputanud ja näib, et ta on sealt kasuliku teabe välja tõmmanud. Tõsi, mitte kuigi optimistlik. Allpool toodud tulemused avaldati 2017. aasta oktoobris ühes artiklis2.
Ühelt poolt leiti viide planeedi Kepler 1625 b satelliidile. Statistiline olulisus on umbes 4 σ, mis on uuritud eksoplaneetide suurt arvu arvestades üsna väike. Veelgi halvem, samas uuringus leiti ühe tähega planeedi lähedalt "antisatelliit", see tähendab vastasmärgi signaal, millel on sama tähendus 4 σ. On selge, et see signaal on vale, kuna "anti-satelliiti" jäljendavaid loodusnähtusi pole. Pealegi oli planeedil vaid kolm transiiti ja ainult üks neist on piisavalt veenev. Kui efekt kinnitatakse, on tegemist satelliidiga Neptuuni suurusega planeedi kohta, mille mass on vähemalt 10 Jupiteri massi (mass on hinnanguliselt väidetava satelliidi orbiidilt), mis vastab hõivatud planeedile. Satelliit koos planeediga asub "elutsoonis": küte on täpselt sama mis Maa oma. Oletatava planeedi orbiit on stabiilne - sügaval Mäesfääris ja kaugel Roche'i piirist. Autorid ei nõua avastust ja tellisid Hplei teleskoobi abil Kepler 1625 vaatluseks 28. – 29. Oktoober 2017 - järgmise transiidi aeg. See toimus. Avaldatud teavet pole, välja arvatud konverentsi kokkuvõte koos kokkuvõttega „Vaatluste esialgsed tulemused on teatatud”. See tähendab kõige tõenäolisemalt, et vaatlus ei andnud ühemõttelist tulemust.et vaatlus ei andnud ühemõttelist tulemust.et vaatlus ei andnud kindlat tulemust.
Veel üks pettumust valmistav tulemus tuleneb paljude planeetide transiidide liitmisest Kepleri andmebaasist. Autorid on valinud enam kui kolmsada eksoplaneeti, mis nende arvates on paljutõotavamad satelliitide otsimisel. Kriteeriumid hõlmavad orbiiti vahemikus 1 kuni 0,1 AU ja head andmete kvaliteeti. Soovitud efektina paljastus tähe pimendamine planeedi Galilea satelliitide analoogist, s.o Jupiteri Galilea satelliitide analoogidest, mis olid skaleeritud planeedi suuruse järgi. Sel juhul võeti kõigi proovis olevate planeetide transiitkõverate summa.
Paraku ei ületa positiivne signaal 2 σ ja tulemus seab suurte satelliitide arvukusele teaduslikult olulise ülempiiri. Galilea satelliitide analoogiga planeetide osakaal ei ületa 0,38 usaldusnivool 95%.
Näib, et eksoplaneedi satelliitide puudus Jupiteri satelliitide suhtes on üsna reaalne. Lihtsaim seletus: suurte eksoplaneetide populatsioon 1 AU piires. See tähendab, et Päikese klassi tähtede puhul on need tõenäoliselt kaugematest piirkondadest pärit rändajad. Mida tehakse rände ajal planeedisatelliitidega? Võimalik, et nad kaotavad stabiilsuse.
Lõpuks. Tõsiste teadlaste meeskond kammis Kepleri andmeid eksoplaneedi satelliitide kohta. Kas see tähendab, et teema on ammendatud ja ei paista, et keegi neist andmetest väljasaatmiste kohta midagi uut leiaks? Ei midagi sellist! Esiteks tuleb iga tööd kinnitamiseks korrata. Mu sõbrad kontrollisid WMAP-i mikrolaineteleskoobi andmeid, mis tundusid olevat aukudele kaks korda kontrollitud, ja leidsid ilmsed esemed, mis tuli seejärel parandada. Teiseks on see tohutu töö, mis on ühe meeskonna võimuses. Seetõttu sooviksin julgustada vabatahtlikke: andmed on avatud, vaja on ainult halli ainet, mis on Venemaal endiselt saadaval.
Boriss Stern
