En kunstners bilde av en jordlignende eksomoon som går i bane rundt en gassgigantplanet.
(Bilde: © NASA / JPL-Caltech)
I fjor sommer kunngjorde forskere at de hadde funnet den som kunne være den første månen som ble oppdaget utenfor solsystemet. Men ny forskning på den antatte månens evolusjon stiller spørsmål ved eksistensen.
Hvis den eksisterer, er månen mest sannsynlig en stor gjenstand i Neptun-størrelse som kretser rundt en enda større gassgigantplanet. Men det uhåndterlige systemet belaster forståelsen for hvordan det kan ha dannet seg, har forskere sagt.
I juli 2017 kunngjorde forskere motvillig mulige oppdagelser av en eksomoon. En kandidatplanet som ble identifisert av NASAs Kepler-teleskop, avslørte skjeve fall i lyset som strømmer fra planetens stjerne, noe som antydet muligheten for en måne. Etter at eksomjegeren David Kipping, fra Columbia University i New York, ba om tid på Hubble-romteleskopet for å følge opp den uvanlige aktiviteten, prøvde ulike medier å undersøke forskningen. Dette førte til at Kipping og Kolumbias Alex Teachey, den ledende forskeren på det potensielle funnet, kunngjorde muligheten for første observasjon av en eksomoon.
René Heller, en astrofysiker ved Max Planck Institute i Tyskland, benyttet anledningen til å analysere Kepler-data uavhengig av hverandre. I tillegg til å drille ut et størrelsesområde for den potensielle månen, Kepler 1625 b-i, undersøkte han også dens mulige dannelsesmetoder. [De mest spennende fremmede planetoppdagelsene fra 2017]
"Det viser seg at Kepler 1625 b-i faktisk ikke er en god kandidat til en eksomoon," sa Heller til Space.com på e-post, og påpekte at det opprinnelige forskerteamet sa at Kepler-dataene alene var tvetydige. (Derfor planla de å følge opp ved hjelp av Hubble-romteleskopet.) En stor del av problemet stammer fra det faktum at forelderstjernen er så langt fra Jorden at den virker svak, noe som resulterer i dårlig datakvalitet, sa Heller.
Hovedpoenget er at Kepler 1625 b-i er en av de beste exomoon-kandidatene så langt, men det er fremdeles ikke en god kandidat, "sa Heller.
"Et lite solsystem"
I jordas solsystem er måner ganske vanlige; bare Merkur og Venus har ingen steinete eller isete satellitter. Mens de fleste av solsystemets måner er ugjestmilde for livet slik vi kjenner det, er tre potensielt beboelige. Jupiters Europa inneholder et flytende hav under månens iskalde skorpe. Rundt Saturn har den iskalde månen Enceladus også et hav, mens den smoggy Titan har innsjøer av metan og etan som kunne ha tillatt en annen type liv enn den på jorden å dannes. Så solsystemets eneste beboelige planet (Jorden) er overgått av systemets potensielt beboelige måner.
Det kan bety gode nyheter for de som ser etter livet på måner rundt andre stjerner. Selv om få planeter er i stand til å være vertskap for livet slik vi kjenner det, kan månene deres vise seg å være beboelige, sa Heller.
"På den utfordrende siden forventes måner å være betydelig mindre og lettere enn planetene deres," sa Heller. "Det er ganske enkelt det vi lærer av observasjoner av solsystemets måner."
Fordi gjenstander med større masse eller radius er lettere å finne langveisfra, enten det er planeter eller måner, noe som gjør naturlige satellitter vanskeligere å oppdage, sa Heller.
Når Kepler jakter planeter, gjør det det ved å se på lyset som strømmer fra en stjerne i det forskerne kaller en lyskurve. (Kepler studerte ikke én stjerne om gangen, men undersøkte i stedet tusenvis av stjerner på en gang.) Når en planet beveger seg mellom stjernen og Jorden, dimmes stjernens lys, slik at forskere kan bestemme planetens størrelse. Forskere observerer flere pasninger for å bestemme hvor lang tid det tar planeten å gå i bane rundt stjernen.
Det de opprinnelige forskerne la merke til om ett objekt, Kepler 1625 b, var at den inneholdt en merkelig sekundær dukkert. Heller brukte det offentlig tilgjengelige datasettet fra Kepler for å studere tre transiter av et objekt av Jupiter-størrelse som beveget seg over stjernen, sammen med noen vingler som kunne ha blitt forårsaket av en måne som kretset rundt objektet.
"Hvis, og bare hvis, disse ekstra vinglene virkelig stammer fra månen, er det mulig å utlede massen og radiusen til både planeten og månen fra dynamikken i planetmånesystemet som kan avledes fra lyskurven. , "Sa Heller.
Heller bestemte at den massive gjenstanden kunne være alt fra en planet som er litt mer massiv enn Saturn opp til en brun dverg, en nesten-stjerne som ikke er så massiv nok til å tenne fusjon i kjernen, eller til og med en veldig lavmassestjerne (VLMS) som er en tidel av solens masse. Den foreslåtte månen kan variere fra en jordmassesatellitt til en berg-og-vann-følgesvenn uten atmosfære.
Heller konkluderte med at et eksept av massen Neptunmasse rundt en gigantisk planet eller brunmasse med lav masse ikke ville samsvare med det masseskala-forholdet som finnes i solsystemets måner. Mens jorden og Pluto begge har store måner sammenlignet med planetenes størrelser, har solsystemets gassgiganter måner nærmere 0,01 til 0,03 prosent av planetenes størrelser, ifølge Planetary Habitability Laboratory ved University of Puerto Rico.
Tidligere teorier spådde at dette forholdet skulle strekke seg til større verdener, og synes å utelukke eksistensen av den potensielle eksomonen. På den annen side ville en mini-Neptun rundt en høymasse brun dverg eller en VLMS være mer i tråd med dette forholdet, sa Heller. [Hva er månen laget av?]
"Hvis den primære transiterende gjenstanden er en veldig lavmasse-stjerne, og hvis dens følgesvenn i Neptunstørrelse viser seg å eksistere, ville vi se et bittelitt solsystem i bane rundt en sollignende stjerne omtrent jordens avstand til solen . Dette ville være noe på egenhånd! " Sa Heller.
Selv uten potensialet for et beboelig eksempel, kan det lille solsystemet hjelpe forskere til å forstå hvordan verdener dannes, sa han.
"Hvis den primære [gjenstanden] enten var en [brun dverg] eller en VLMS med en stor følgesvenn, ville dette representere en fascinerende bro mellom planetformasjon rundt stjerner og månedannelse rundt gigantiske planeter," sa Heller.
Heller la ut forskningen sin på arXiv preprint-serveren.
Fødselen til måner
Med estimater av månen og planeten - eller stjernen - i hånden, bestemte Heller seg for å se på hvordan månen kunne ha dannet seg.
"Månene i solsystemet fungerer som sporere etter deres vertsplaneteres dannelse og evolusjon," sa han i den nye avisen. "Det kan således forventes at oppdagelsen av måner rundt ekstrasolære planeter kan gi grunnleggende ny innsikt i dannelsen og utviklingen av eksoplaneter som ikke kan oppnås ved eksoplanettobservasjoner alene."
Med dette i bakhodet anvendte Heller de tre forskjellige modellene for månedannelse i solsystemet til det nye potensielle exomoon.
Først opp var påvirkningsmodellen, som beskriver hvordan forskere tror jordens måne dannet seg. Da et stort legeme smalt inn på jorden for milliarder av år siden, skapte ruskene som var skåret ut fra planeten en ny følgesvenn. I følge Heller er et særtrekk ved denne modellen det høye størrelsesforholdet mellom satellitter og planetene. Mens den store størrelsen på den foreslåtte månen sammenlignet med dets vert ville være i samsvar med en innvirkning, uttrykte han bekymring for at massen til vertsplaneten eller stjernen var langt høyere enn for en planet i jordens solsystem.
I den andre modellen for månedannelse utvikler de seg fra gassen og støvet som er igjen etter at planeten er født, og det er slik de fleste av gassgigantenes måner antas å ha dannet seg. Masseskalingsforholdet som holder månene så mye mindre enn planetene deres, er et naturlig resultat av månedannelse som forekommer i det gass utsultede miljøet rundt en fullført planet, skrev Heller i avisen. Det samme forholdet gjør denne formasjonsmetoden usannsynlig, sa han.
"Hvis følgesvennen rundt Kepler 1625 b kan bekreftes og begge gjenstandene kan valideres som gassgigantiske gjenstander, ville det være vanskelig å forstå hvordan disse to gassplanetene muligens kunne ha dannet seg enten gjennom en gigantisk innvirkning eller på stedet akkresjon ved deres nåværende baner rundt stjernen, "skrev Heller.
Den gjenværende muligheten er at den fjerne verden fanget et objekt i Neptun-størrelse. Neptuns måne, Triton, og begge Marsmånene antas å ha dannet seg på denne måten. Eksomonen kunne opprinnelig ha dannet seg med en følgesvenn i jordstørrelsen, før den ble trukket bort fra den av tyngdekraften til den større gjenstanden, sa Heller. Han bestemte at fangst av en Neptun-masse-gjenstand av Kepler 1625 b er mulig på planetens nåværende beliggenhet.
Selv om en slik fangst i prinsippet er mulig, sa Heller til Space.com at han synes scenariet er "veldig usannsynlig."
Og selv om forskere for tiden holder fast ved de tre forskjellige månedannelsesscenariene for planeter rundt jordas sol, betyr det ikke at naturlige satellitter ikke kunne danne en annen måte, sa Heller.
"Det er mulig at dette systemet faktisk dannet seg gjennom en mekanisme som vi ikke har sett i solsystemet," sa Heller.
Han foreslo en alternativ teori, lik den for formasjon av gigantiske planter, der de to objektene startet som et binært system med steinete planeter. Paret kunne ha trukket gass fra disken med matrester, som prosessen som gigantiske planeter dannes, med den fremtidige planeten som bruker mer gass enn den ville være månen. Han advarte om at dette var spekulasjoner og at de to objektene kanskje ikke var stabile over lange tidsskalaer.
Fortsatt, hvis Neptune-størrelsen rundt Kepler 1625 b er reell, kan det nye systemet gi et spennende glimt av månedannelsen utenfor solsystemet, sa Heller.
Kepler-dataene er ikke den eneste tilgjengelige forskningen. I oktober så Teachey og Kipping på systemet ved hjelp av Hubble. Resultatene fra disse observasjonene bør kunngjøres snart.
Inntil da ser ting imidlertid ikke bra ut for den potensielle eksomonen.
"Den ekstraordinære påstanden om en eksomoon støttes ikke av ekstraordinære bevis for det," sa Heller.
