La fiecare conferință publică despre exoplanete, cineva pune neapărat o întrebare despre sateliții exoplanetați. Întrebarea este atât de interesantă încât merită un articol separat.
Momentan, numărul exoplanetelor găsite se apropie de șase mii (inclusiv cele neconfirmate). Câți sateliți mari trebuie să aibă aceste planete? Privind sistemul nostru solar, putem presupune că aproximativ la fel - avem șapte sateliți de dimensiunea Lunii și mai mari (Lună, Io, Europa, Ganymed, Callisto, Titan, Triton) la opt planete. Dar sateliții exoplanetelor? Din pacate, pana acum aproape nimic. Cu toate acestea, primele, încă vagi, încep să apară rezultate.
Sateliții planetelor sunt interesanți, deoarece viața este posibilă asupra lor, chiar dacă planeta este gigantică și în sine nu este în niciun fel adaptată pentru viață. De exemplu, destul de puține planete uriașe au fost găsite în „zona locuibilă” (45 conform datelor din 2014). Dacă au sateliți suficient de mari, de ce nu ar trebui să apară viața lor? Ar trebui să existe o priveliște minunată: o planetă uriașă care domină cerul, vizibilă atât noaptea, cât și ziua. Desigur, o astfel de imagine inspiră artiști și, într-o oarecare măsură, cercetători, care lucrează cu datele lui Kepler. Aparent, aceste date sunt singurul loc unde un satelit exoplanet poate fi descoperit în prezent.
Pentru început, câteva concepte utile.
Satelitul unei planete nu poate învârti în jurul ei la nici o distanță. Mărimea orbitei este limitată de sus de așa-numita sferă Hill, în afara căreia satelitul părăsește câmpul gravitațional al planetei și devine un tovarăș independent al stelei. Iată raza acestei sfere pentru cel mai simplu caz, când orbita satelitului este circulară: RH = a (m / 3M) 1/3, unde a este axa semi-majoră a orbitei planetei, m este masa planetei, M este masa stelei. Pentru Pământ, raza Dealului este de aproximativ 1,5 milioane km. Puțin mai departe sunt punctele Lagrange L1 și L2, unde sunt scoase telescoapele spațiale. Raza lui Hill de lângă Neptun, un record în sistemul solar, este de aproximativ 100 de milioane de km. În realitate, datorită diverșilor factori perturbatori, raza orbitelor, care sunt stabile pe o scară de miliarde de ani, este mai mică - aproximativ jumătate sau chiar o treime din raza Hill.
Mărimea orbitei este de asemenea limitată de jos: într-o orbită prea strânsă, satelitul este rupt de gravitatea planetei și se transformă într-un fel de inele ale lui Saturn. Această limită se numește zona Roche, esența sa: forțele de maree depășesc gravitația de sine a satelitului. Limita Roche depinde de rigiditatea acestuia din urmă: dacă un satelit se poate deforma ca un lichid, atunci limita Roche este aproape de două ori mai mare. Toți sateliții sistemului solar sunt în afara limitei „dure” Roche, dar există unii fericiți în interiorul limitei „lichide”, de exemplu, cei cinci apropiați sateliți ai Saturnului.
Pentru cei mai tari Jupiteri, raza sferei Hill este aproape de limita Roche - cu siguranță nu pot avea sateliți. Există însă și alte mecanisme pentru instabilitatea orbitelor satelitului care operează în vecinătatea stelei, astfel încât probabilitatea existenței sateliților în planete cu o perioadă orbitală de până la 10-20 de zile pentru miliarde de ani este neglijabilă. Este păcat, deoarece există o mulțime de exoplanete de scurtă durată între exoplanetele descoperite, iar în anii următori vor domina printre noul venit. Și, cel mai important, sateliții planetelor de scurtă durată ar fi cel mai ușor de detectat dacă ar exista.
Dar ne interesează cel mai mult sateliții planetelor din „zona locuibilă”. Acolo, orbitele lor pot fi stabile pentru multe miliarde de ani - uitați-vă la lună.
Video promotional:
Cum de a găsi un satelit exoplanet
Cât de mari pot fi sateliții planetari? Judecând după sistemul solar, raportul tipic dintre masa totală de sateliți și masa planetei este 1/10000. Acest lucru este valabil pentru sistemul Jupiter, Saturn (cu un exces excesiv datorat Titanului) și Uranus. Neptun și Marte au sateliți mai puțin „autohtoni” (Triton nu este nativ, este un obiect al centurii Kuiper capturat). Aparent, un astfel de raport este natural atunci când sateliții sunt formați dintr-un disc prăfuit de pe planeta. Luna este o conversație separată, masa sa este de două ordine de mărime mai mare decât masa tipică a sateliților, ea a fost formată ca urmare a unei coliziuni catastrofale. Atunci avem dreptul să ne așteptăm ca masa sateliților superjupiter cu 10 mase jupiteriene (și au fost găsiți mulți astfel de) să fie de ordinul masei lui Marte. Un astfel de corp poate fi observat în timpul tranzitului unei planete - mai întâi, stea este eclipsată de satelit, apoi de planeta însăși. Efectul din satelit va fi de o sută de ori mai puțin, dar cu statistici de tranzit bune (planeta traversează discul stelei de multe ori), acesta poate fi detectat mai mult sau mai puțin în mod fiabil. Desigur, o planetă capturată poate fi și un satelit, în acest caz poate fi semnificativ mai mare, dar cu greu nimeni este capabil să spună care este probabilitatea de a găsi un obiect capturat anormal.
O altă opțiune este calendarul de tranzit. Dacă satelitul se află înaintea planetei pe orbita sa în jurul stelei, tranzitul planetei apare puțin mai târziu, dacă rămâne în urmă - puțin mai devreme. De exemplu, dacă toți sateliții din Jupiter sunt asamblați într-unul și plasați în locul lui Ganymede, atunci deplasarea Jupiterului va fi în plus sau minus 100 km, ceea ce este exprimat cu întârziere / avans al tranzitelor cu aproximativ 7 s-4 ordine de mărime mai puțin timp de tranzit. Acest lucru este mult peste exactitatea măsurării. Satelitul trebuie să fie anormal de mare. În general, această metodă este mai slabă decât cea anterioară.
Sateliții planetelor, în principiu, nu pot fi detectați prin metoda spectrometrică din viteza radială a unei stele - aici toate efectele imaginabile dintr-un satelit sunt neglijabile.
Metoda de microlensare gravitațională rămâne, dar se bazează pe un noroc rar. Dacă steaua de fundal (nu steaua gazdă, ci cea îndepărtată din fundal) trece exact în spatele planetei cu ajutorul satelitului, o curbă dublă va apărea în curba de lumină a acestei stele.
Trei tranzite ale planetei Kepler 1625b (există doar trei în baza de date Kepler). Este prezentată curba de lumină a stelei Kepler 1625. Linia solidă este - model de potrivire cu un satelit dimensiunea Neptunului. Semnificația statistică a modelului - 4.1 σ. Dacă eliminăm al treilea tranzit, semnificația scade la o valoare neglijabilă.
În general, cea mai promițătoare este prima dintre metodele enumerate - tranzitul prin satelit. Necesită o serie foarte mare de observații. Un astfel de tablou există, sunt datele arhivistice ale lui Kepler, care se află în domeniul public. Kepler a lucrat la programul principal timp de puțin peste patru ani. Nu este suficient să detectăm în mod fiabil tranzitele satelitului în „zona vieții”, dar cele mai bune date nu există. Momentan, acolo trebuie căutate urme de sateliți și este foarte posibil să fi fost deja găsit un satelit.
Căutarea de exoluni
Primul indiciu de sateliți a fost găsit în apropierea planetei cu „numărul de telefon” 1SWASP J140747.93-394542.6 b. Este o planetă uriașă cu o masă de 20 de Jupiter - în pragul unui pitic maron1. Tranzitele au arătat că are un sistem imens de inele, inelele au lacune, iar sateliții ar trebui să stea în goluri - ei mănâncă aceste lacune. Este totul. Nu există alte informații despre acești sateliți.
Un alt satelit a fost găsit microlențând o planetă orfană care zbura liber în spațiu. Este dificil să spui ceva despre masa planetei și a satelitului - poate fi un pitic maro cu un "neptun" care orbitează în jurul său. Acest caz nu este atât de interesant.
În 2012, astronomii de la Observatorul Pulkovo au anunțat posibila descoperire a unui satelit în apropierea exoplanetei WASP 12b. Este un Jupiter foarte fierbinte care orbitează o stea din clasa Soarelui într-o zi. În timpul tranzitului planetei, au fost observate explozii de luminozitate, care, potrivit autorilor observațiilor, pot fi interpretate ca trecerea planetei prin pete stelare sau ca un satelit al planetei, fuzionându-se periodic cu discul său. A doua interpretare a provocat un răspuns vizibil în presa rusă, dar pur și simplu nu este fizică: sfera Dealului pentru această planetă coincide practic cu zona Roche. Nu poate exista satelit acolo.
Pentru a căuta exoni în datele Kepler, a fost organizat proiectul HEK (Hunt for Exomoons with Kepler). Echipa de proiect a zguduit bine datele și pare să fi scos informații utile de acolo. Adevărat, nu foarte optimist. Rezultatele de mai jos au fost publicate în octombrie 2017 într-un singur articol2.
Pe de o parte, a fost găsită o indicație a satelitului planetei Kepler 1625 b. Semnificația statistică este de aproximativ 4 σ, care este destul de mică, având în vedere numărul mare de exoplanete studiate. Mai rău, în același studiu, a fost găsit un „antisatelit” în apropierea unei planete a uneia dintre stele, adică un semnal cu semnul opus cu aceeași semnificație 4 σ. Este clar că acest semnal este fals, deoarece nu există fenomene naturale care imită „anti-satelitul”. Mai mult, planeta a avut doar trei tranzite și doar unul dintre ei este suficient de convingător. Dacă efectul este confirmat, acesta va fi un satelit cu dimensiunea lui Neptun pentru o planetă cu o masă de cel puțin 10 mase Jupiter (masa este estimată de pe orbita presupusului satelit), care corespunde planetei capturate. Satelitul cu planeta se află în „zona de viață”: încălzirea este exact aceeași cu cea a Pământului. Orbita planetei putative este stabilă - adânc în sfera Hill și mult peste limita Roche. Autorii nu insistă asupra descoperirii și au ordonat observarea Kepler 1625 de către telescopul Hubble pentru 28-29 octombrie 2017 - ora următorului tranzit. A avut loc. Nu există informații publicate, cu excepția unui rezumat al conferinței cu un rezumat „rezultatele preliminare ale observațiilor sunt raportate”. Acest lucru înseamnă cel mai probabil că observația nu a dat un rezultat fără ambiguitate.că observația nu a dat un rezultat lipsit de ambiguitate.că observația nu a dat un rezultat lipsit de ambiguitate.
Un alt rezultat dezamăgitor vine din adăugarea tranzitelor multor planete din baza de date Kepler. Autorii au selectat peste trei sute de exoplanete, care, din punctul lor de vedere, sunt cele mai promițătoare pentru căutarea sateliților. Criteriile includ o orbită între 1 și 0,1 AU și o calitate bună a datelor. Ca efect dorit, s-a dezvăluit întunecarea stelei din analogul satelitilor galileeni ai planetei, adică analogii sateliților galileieni ai lui Jupiter, scalată după dimensiunea planetei. În acest caz, s-a luat suma curbelor de lumină pentru toate tranziturile tuturor planetelor din eșantion.
Din păcate, semnalul pozitiv nu depășește 2 σ, iar rezultatul pune o limită superioară semnificativă din punct de vedere științific asupra abundenței sateliților mari. Proporția planetelor cu un analog al sateliților galileeni nu depășește 0,38 la nivelul de încredere de 95%.
Se pare că deficitul de sateliți exoplanetați în raport cu sateliții din Jupiter este destul de real. Cea mai simplă explicație: populația marilor exoplanete din 1 UA. Adică, pentru stelele clasei Soarelui, aceștia sunt, cel mai probabil, migranți din regiuni mai îndepărtate. Ce se face cu sateliții planetari în timpul migrației? Este posibil să-și piardă stabilitatea.
In cele din urma. O echipă de oameni de știință serioși a pieptănat datele lui Kepler pentru sateliții exoplanetari. Asta înseamnă că subiectul a fost epuizat și nu strălucește nimeni să găsească ceva nou în aceste date cu privire la exoluns? Nimic de genul acesta! În primul rând, orice lucrare trebuie repetată pentru verificare. Prietenii mei au verificat de două ori datele telescopului cu microunde WMAP, care păreau a fi verificate de două ori la găuri și au găsit artefacte evidente, care apoi trebuiau corectate. În al doilea rând, aceasta este o cantitate uriașă de muncă care depășește puterea unei echipe. Prin urmare, aș dori să încurajez voluntarii: datele sunt deschise, este necesară doar materie gri, care este încă disponibilă în Rusia.
Boris Stern
