Η εικόνα ενός καλλιτέχνη για έναν εξωμόνιο που μοιάζει με τη Γη σε τροχιά ενός γίγαντα πλανήτη αερίου.
(Εικόνα: © NASA / JPL-Caltech)
Το περασμένο καλοκαίρι, οι επιστήμονες ανακοίνωσαν ότι είχαν βρει το πρώτο φεγγάρι που εντοπίστηκε έξω από το ηλιακό σύστημα. Αλλά νέα έρευνα σχετικά με την υποτιθέμενη εξέλιξη του φεγγαριού αμφισβητεί την ύπαρξή της.
Εάν υπάρχει, το φεγγάρι είναι πιθανότατα ένα μεγάλο αντικείμενο μεγέθους Ποσειδώνα σε τροχιά ενός ακόμη μεγαλύτερου πλανήτη με γιγαντιαίο αέριο. Αλλά το δυσκίνητο σύστημα δυσκολεύει την κατανόηση του πώς μπορεί να έχει σχηματιστεί, ανέφεραν οι ερευνητές.
Τον Ιούλιο του 2017, οι επιστήμονες ανακοίνωσαν απρόθυμα την πιθανή ανακάλυψη ενός εξωμονίου. Ένας υποψήφιος πλανήτης που αναγνωρίστηκε από το τηλεσκόπιο Kepler της NASA αποκάλυψε πτώσεις στο πλάι στο φως που ρέει από το αστέρι του πλανήτη, υποδηλώνοντας την πιθανότητα ενός φεγγαριού. Αφού ο κυνηγός exomoon David Kipping, του Πανεπιστημίου της Κολούμπια της Νέας Υόρκης, ζήτησε χρόνο στο Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble για να παρακολουθήσει την ασυνήθιστη δραστηριότητα, διάφορα μέσα ενημέρωσης διερεύνησαν την έρευνα. Αυτό οδήγησε τον Kipping και τον Alex Teachey της Κολούμπια, τον κορυφαίο επιστήμονα για την πιθανή ανακάλυψη, να ανακοινώσουν τη δυνατότητα της πρώτης παρατήρησης ενός εξωμονίου.
Ο René Heller, ένας αστροφυσικός στο Ινστιτούτο Max Planck στη Γερμανία, εκμεταλλεύτηκε την ευκαιρία να αναλύσει ανεξάρτητα τα δεδομένα του Kepler. Εκτός από το να πειράξει ένα εύρος μεγεθών για το πιθανό φεγγάρι, το Kepler 1625 b-i, διερεύνησε επίσης τις πιθανές μεθόδους σχηματισμού του. [Οι πιο ενδιαφέρουσες ανακαλύψεις εξωγήινων πλανητών του 2017]
"Αποδεικνύεται ότι το Kepler 1625 b-i δεν είναι στην πραγματικότητα υποψήφιος για έναν εξόμοιο", δήλωσε ο Heller στο Space.com μέσω email, επισημαίνοντας ότι η αρχική ερευνητική ομάδα είπε ότι τα δεδομένα του Kepler από μόνα τους ήταν διφορούμενα. (Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο σχεδίαζαν να παρακολουθήσουν χρησιμοποιώντας το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble.) Ένα μεγάλο μέρος του προβλήματος προέρχεται από το γεγονός ότι το γονικό αστέρι βρίσκεται τόσο μακριά από τη Γη που φαίνεται αμυδρό, με αποτέλεσμα κακή ποιότητα δεδομένων, δήλωσε ο Heller.
"Η ουσία είναι ότι το Kepler 1625 b-i είναι ένας από τους καλύτερους υποψήφιους exomoon μέχρι στιγμής, αλλά εξακολουθεί να μην είναι καλός υποψήφιος", δήλωσε ο Heller.
"Ένα μικροσκοπικό ηλιακό σύστημα"
Στο ηλιακό σύστημα της Γης, τα φεγγάρια είναι αρκετά κοινά. Μόνο ο Ερμής και η Αφροδίτη δεν έχουν βραχώδεις ή παγωμένους δορυφόρους. Ενώ τα περισσότερα φεγγάρια του ηλιακού μας συστήματος είναι αφιλόξενα στη ζωή, όπως το γνωρίζουμε, τρία είναι δυνητικά κατοικήσιμα. Το Europa του Δία περιέχει έναν υγρό ωκεανό κάτω από τον παγωμένο φλοιό του φεγγαριού. Γύρω από τον Κρόνο, το παγωμένο φεγγάρι, ο Εγκέλαδος φιλοξενεί επίσης έναν ωκεανό, ενώ ο καπνιστός Τιτάνας έχει λίμνες μεθανίου και αιθανίου που θα μπορούσαν να επιτρέψουν να σχηματιστεί ένας τύπος ζωής διαφορετικός από αυτόν στη Γη. Έτσι, ο μόνος κατοικήσιμος πλανήτης (Γη) του ηλιακού συστήματος υπερβαίνει τον αριθμό των δυνητικά κατοικήσιμων φεγγαριών του συστήματος.
Αυτό θα μπορούσε να σημαίνει καλά νέα για όσους αναζητούν ζωή σε φεγγάρια γύρω από άλλα αστέρια. Ακόμα κι αν λίγοι πλανήτες μπορούν να φιλοξενήσουν τη ζωή όπως την ξέρουμε, τα φεγγάρια τους θα μπορούσαν να αποδειχθούν κατοικήσιμα, είπε ο Heller.
"Από την προκλητική πλευρά, τα φεγγάρια αναμένεται να είναι σημαντικά μικρότερα και ελαφρύτερα από τους πλανήτες τους", δήλωσε ο Heller. "Αυτό απλά μαθαίνουμε από τις παρατηρήσεις των φεγγαριών του ηλιακού συστήματος."
Επειδή αντικείμενα με μεγαλύτερη μάζα ή ακτίνα είναι ευκολότερα να εντοπιστούν από μακριά, είτε πρόκειται για πλανήτες είτε για φεγγάρια, που καθιστά τους φυσικούς δορυφόρους πιο δύσκολο να εντοπιστούν, είπε ο Heller.
Όταν ο Κέπλερ κυνηγάει πλανήτες, το κάνει παρακολουθώντας το φως που ρέει από ένα αστέρι σε αυτό που οι επιστήμονες αποκαλούν καμπύλη φωτός. (Ο Κέπλερ δεν μελετούσε ένα αστέρι κάθε φορά, αλλά αντ 'αυτού εξέτασε χιλιάδες αστέρια ταυτόχρονα.) Όταν ένας πλανήτης κινείται μεταξύ του αστεριού και της Γης, το φως του αστεριού μειώνεται, επιτρέποντας στους ερευνητές να προσδιορίσουν το μέγεθος του πλανήτη. Οι ερευνητές παρατηρούν πολλαπλά περάσματα για να καθορίσουν πόσο καιρό χρειάζεται ο πλανήτης για να περιστρέφεται γύρω από το αστέρι του.
Αυτό που οι αρχικοί ερευνητές παρατήρησαν για ένα αντικείμενο, το Kepler 1625 b, ήταν ότι περιείχε μια παράξενη δευτερεύουσα βουτιά. Ο Heller χρησιμοποίησε το διαθέσιμο σύνολο δεδομένων από το Kepler για να μελετήσει τρεις διελεύσεις ενός αντικειμένου μεγέθους Δία που κινείται πέρα από το αστέρι, μαζί με κάποιες κουνήματα που θα μπορούσαν να είχαν προκληθεί από ένα φεγγάρι σε τροχιά γύρω από το αντικείμενο.
"Εάν, και μόνο εάν, αυτές οι πρόσθετες κουνήματα προέρχονται πραγματικά από το φεγγάρι, τότε είναι δυνατόν να αντλήσουμε τη μάζα και την ακτίνα τόσο του πλανήτη όσο και της σελήνης από τη δυναμική του συστήματος πλανήτη-φεγγάρι που μπορεί να προέλθει από την καμπύλη φωτός , "Είπε ο Heller.
Ο Heller αποφάσισε ότι το τεράστιο αντικείμενο θα μπορούσε να είναι οτιδήποτε από έναν πλανήτη ελαφρώς πιο ογκώδες από τον Κρόνο μέχρι έναν καφέ νάνο, ένα σχεδόν αστέρι που δεν είναι αρκετά ογκώδες για να προκαλέσει σύντηξη στον πυρήνα του, ή ακόμη και ένα αστέρι πολύ χαμηλής μάζας (VLMS) που είναι το ένα δέκατο της μάζας του ήλιου. Το προτεινόμενο φεγγάρι θα μπορούσε να κυμαίνεται από δορυφόρο αερίου μάζας Γης έως σύντροφο βράχου και νερού χωρίς ατμόσφαιρα.
Ο Heller κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ένας εξωμόνας μάζας Ποσειδώνα γύρω από έναν τεράστιο πλανήτη ή έναν καφέ νάνο χαμηλής μάζας δεν θα ταιριάζει με τη σχέση μαζικής κλίμακας που βρίσκεται στα φεγγάρια του ηλιακού μας συστήματος. Ενώ η Γη και ο Πλούτωνας έχουν και τα δύο μεγάλα φεγγάρια σε σύγκριση με τα μεγέθη των πλανητών, οι γίγαντες αερίου του ηλιακού συστήματος έχουν φεγγάρια πλησιέστερα στο 0,01 έως 0,03 τοις εκατό των μεγεθών των πλανητών, σύμφωνα με το Εργαστήριο Πλανητικής Δυνατότητας στο Πανεπιστήμιο του Πουέρτο Ρίκο.
Προηγούμενες θεωρίες προέβλεπαν ότι αυτή η σχέση πρέπει να επεκταθεί σε μεγαλύτερους κόσμους, φαίνεται να αποκλείει την ύπαρξη του δυνητικού εξωμονίου. Από την άλλη πλευρά, ένας μίνι-Ποσειδώνας γύρω από έναν καφέ νάνο υψηλής μάζας ή ένα VLMS θα ήταν πιο σύμφωνος με αυτήν την αναλογία, είπε ο Heller. [Τι είναι φτιαγμένο το φεγγάρι;]
Αν το πρωτεύον αντικείμενο διέλευσης είναι ένα αστέρι πολύ χαμηλής μάζας και αν ο σύντροφος του σε μέγεθος Ποσειδώνα αποδειχθεί ότι υπάρχει, τότε θα δούμε ένα μικρό ηλιακό σύστημα σε τροχιά γύρω από ένα ηλιακό αστέρι περίπου στην απόσταση της Γης από τον ήλιο Αυτό θα ήταν κάτι από μόνο του! " Ο Χέλερ είπε.
Ακόμα και χωρίς το ενδεχόμενο κατοικήσιμου εξωμονίου, το μικροσκοπικό ηλιακό σύστημα θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να καταλάβουν πώς σχηματίζονται οι κόσμοι, είπε.
"Εάν το πρωτεύον [αντικείμενο] ήταν είτε ένας [καστανός νάνος] είτε ένα VLMS με έναν μεγάλο σύντροφο, τότε αυτό θα αποτελούσε μια συναρπαστική γέφυρα μεταξύ σχηματισμού πλανητών γύρω από αστέρια και σχηματισμού φεγγαριών γύρω από γιγάντιους πλανήτες", δήλωσε ο Heller.
Ο Heller δημοσίευσε την έρευνά του στον διακομιστή προτύπων arXiv.
Η γέννηση των φεγγαριών
Με τις εκτιμήσεις για το φεγγάρι και τον πλανήτη - ή το αστέρι - στο χέρι, ο Heller αποφάσισε να εξετάσει πώς θα μπορούσε να σχηματιστεί το φεγγάρι.
"Τα φεγγάρια στο ηλιακό σύστημα χρησιμεύουν ως ιχνηλάτες του σχηματισμού και της εξέλιξης των πλανητών-ξενιστών τους", είπε στο νέο έγγραφο. «Αναμένεται λοιπόν ότι η ανακάλυψη των φεγγαριών γύρω από εξωηλιακούς πλανήτες θα μπορούσε να δώσει ουσιαστικά νέες ιδέες για το σχηματισμό και την εξέλιξη των εξωπλανητών που δεν μπορούν να ληφθούν μόνο με παρατηρήσεις εξωπλανητών».
Έχοντας αυτό κατά νου, ο Heller εφάρμοσε τα τρία διαφορετικά μοντέλα σχηματισμού φεγγαριών στο ηλιακό σύστημα στο νέο πιθανό εξωμόνιο.
Πρώτα ήταν το μοντέλο κρούσης, το οποίο περιγράφει πώς πιστεύουν οι επιστήμονες ότι σχηματίστηκε το φεγγάρι της Γης. Όταν ένα μεγάλο σώμα χτύπησε στη Γη πριν δισεκατομμύρια χρόνια, τα συντρίμμια που χαράχτηκαν από τον πλανήτη δημιούργησαν έναν νέο σύντροφο. Σύμφωνα με τον Heller, ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό αυτού του μοντέλου είναι η υψηλή αναλογία δορυφόρων προς τους πλανήτες. Ενώ το μεγάλο μέγεθος του προτεινόμενου φεγγαριού σε σύγκριση με τον ξενιστή του θα ήταν συνεπές με τον αντίκτυπο, εξέφρασε την ανησυχία του ότι η μάζα του πλανήτη ή του άστρου ξενιστή ήταν πολύ υψηλότερη από εκείνη οποιουδήποτε πλανήτη στο ηλιακό σύστημα της Γης.
Στο δεύτερο μοντέλο σχηματισμού φεγγαριών, αναπτύσσονται από το αέριο και τη σκόνη που έχουν απομείνει μετά τη γέννηση του πλανήτη και έτσι πιστεύεται ότι έχουν σχηματιστεί τα περισσότερα φεγγάρια των γιγάντων αερίου. Η αναλογία μαζικής κλιμάκωσης που διατηρεί τα φεγγάρια πολύ μικρότερα από τους πλανήτες τους είναι ένα φυσικό αποτέλεσμα του σχηματισμού φεγγαριών που συμβαίνει στο περιβάλλον με αέριο γύρω από έναν ολοκληρωμένο πλανήτη, έγραψε ο Heller στην εφημερίδα. Η ίδια σχέση κάνει αυτή τη μέθοδο σχηματισμού απίθανη, είπε.
"Εάν ο σύντροφος γύρω από το Kepler 1625 b μπορεί να επιβεβαιωθεί και και τα δύο αντικείμενα μπορούν να επικυρωθούν ως γιγαντιαία αντικείμενα αερίου, τότε θα ήταν δύσκολο να καταλάβουμε πώς αυτοί οι δύο πλανήτες αερίου θα μπορούσαν ενδεχομένως να σχηματιστούν είτε μέσω τεράστιας πρόσκρουσης είτε επί τόπου αύξησης τις τρέχουσες τροχιές τους γύρω από το αστέρι, "έγραψε ο Heller.
Η υπόλοιπη πιθανότητα είναι ότι ο μακρινός κόσμος κατέλαβε ένα αντικείμενο μεγέθους Ποσειδώνα. Το φεγγάρι του Ποσειδώνα, ο Τρίτων, και τα δύο φεγγάρια του Άρη πιστεύεται ότι έχουν σχηματιστεί με αυτόν τον τρόπο. Ο εξωμόνας θα μπορούσε αρχικά να σχηματιστεί με έναν σύντροφο μεγέθους Γης, προτού απομακρυνθεί από τη βαρύτητα του μεγαλύτερου αντικειμένου, είπε ο Heller. Αποφάσισε ότι η σύλληψη ενός αντικειμένου μάζας Ποσειδώνα από τον Kepler 1625 b είναι δυνατή στην τρέχουσα θέση του πλανήτη.
Ωστόσο, ενώ μια τέτοια σύλληψη είναι κατ 'αρχήν δυνατή, ο Heller είπε στο Space.com ότι πιστεύει ότι το σενάριο είναι "πολύ απίθανο".
Και παρόλο που οι επιστήμονες τηρούν αυτά τα τρία διαφορετικά σενάρια σχηματισμού φεγγαριών για πλανήτες γύρω από τον ήλιο της Γης, αυτό δεν σημαίνει ότι οι φυσικοί δορυφόροι δεν μπορούσαν να σχηματίσουν άλλο τρόπο, είπε ο Heller.
"Είναι πιθανό ότι αυτό το σύστημα σχηματίστηκε πραγματικά μέσω ενός μηχανισμού που δεν έχουμε δει στο ηλιακό σύστημα", δήλωσε ο Heller.
Πρότεινε μια εναλλακτική θεωρία, παρόμοια με εκείνη του σχηματισμού γιγαντιαίων πλανητών, στην οποία τα δύο αντικείμενα ξεκίνησαν ως ένα δυαδικό σύστημα βραχώδεις πλανητών. Το ζευγάρι θα μπορούσε να αντλήσει αέριο από το δίσκο του υλικού που έχει απομείνει, όπως η διαδικασία με την οποία σχηματίζονται γιγαντιαίοι πλανήτες, με τον μελλοντικό πλανήτη να καταναλώνει περισσότερο αέριο από το υποτιθέμενο φεγγάρι. Προειδοποίησε ότι αυτό ήταν κερδοσκοπία και ότι τα δύο αντικείμενα ενδέχεται να μην είναι σταθερά σε μεγάλα χρονικά διαστήματα.
Ωστόσο, εάν το εξώμονο μεγέθους Ποσειδώνα γύρω από το Kepler 1625 b είναι πραγματικό, το νέο σύστημα θα μπορούσε να προσφέρει μια ενδιαφέρουσα ματιά στον σχηματισμό φεγγαριών έξω από το ηλιακό σύστημα, δήλωσε ο Heller.
Τα δεδομένα του Kepler δεν είναι η μόνη διαθέσιμη έρευνα. Τον Οκτώβριο, ο Teachey και ο Kipping εξέτασαν το σύστημα χρησιμοποιώντας το Hubble. Τα αποτελέσματα αυτών των παρατηρήσεων θα ανακοινωθούν σύντομα.
Μέχρι τότε, ωστόσο, τα πράγματα δεν φαίνονται καλά για τον πιθανό εξωμόνιο.
"Ο εξαιρετικός ισχυρισμός για έναν εξόμοιο δεν υποστηρίζεται από εξαιρετικές αποδείξεις για αυτό", δήλωσε ο Heller.
