Helt siden den ble distribuert i mars 2009, har Kepler-oppdraget oppdaget tusenvis av ekstra solcelleplanetskandidater. Mellom 2009 og 2012 oppdaget det totalt 4.496 kandidater, og bekreftet eksistensen av 2.337 eksoplaneter. Selv etter at to av reaksjonshjulene mislyktes, klarte romfartøyet fremdeles å skru opp fjerne planeter som en del av K2-oppdraget, og sto for ytterligere 521 kandidater og bekreftet 157.
I følge en ny studie utført av et par forskere fra Columbia University og en innbyggerforsker, kan Kepler imidlertid også ha funnet bevis for en ekstra-solmåne. Etter å ha siktet gjennom data fra hundrevis av transitter som ble oppdaget av Kepler-oppdraget, fant forskerne ett tilfelle der en transiterende planet viste tegn til å ha en satellitt.
Studien deres - som nylig ble publisert på nettet under tittelen “HEK VI: On the Dearth of Galilean Analogs in Kepler and the Exomoon Candidate Kepler-1625b I” - ble ledet av Alex Teachey, en doktorgradsstudent ved Columbia University og en forskerstuderende med National Science Foundation (NSF). Han fikk selskap av David Kipping, en assisterende professor i astronomi ved Columbia University og den viktigste forsker for The Hunt for Exomoons with Kepler (HEK) -prosjektet, og Allan Schmitt, en statsborgerforsker.
I mange år har Dr. Kipping søkt i Kepler-databasen etter bevis på eksomoner, som en del av HEK. Dette er ikke overraskende, med tanke på hvilke muligheter som eksempler gir for vitenskapelig forskning. Innenfor solsystemet vårt har studiet av naturlige satellitter avslørt viktige ting om mekanismene som driver tidlig og sent planedannelse, og måner har interessante geologiske funksjoner som ofte finnes på andre kropper.
Det er av denne grunn at utvidelse av denne forskningen til jakten på exoplaneter blir sett på som nødvendig. Allerede har eksoplanettjaktoppdrag som Kepler dukket opp et vell av planeter som utfordrer konvensjonelle ideer om hvordan planetdannelse og hva slags planeter er mulig. Det mest bemerkelsesverdige eksemplet er gassgiganter som har observert kretsløp veldig nær stjernene deres (også kalt “Hot Jupiters”).
Som sådan kan studiet av eksononer gi verdifull informasjon om hva slags satellitter som er mulig, og om våre egne måner er typiske eller ikke. Som Teachey fortalte Space Magazine via e-post:
"Eksempler kunne fortelle oss mye om dannelsen av solsystemet vårt og andre stjernesystemer. Vi ser måner i solsystemet vårt, men er de vanlige andre steder? Vi har en tendens til å tro det, men vi kan ikke vite det helt sikkert før vi faktisk ser dem. Men det er et viktig spørsmål fordi hvis vi finner ut at det ikke er så mange måner der ute, antyder det kanskje at noe uvanlig foregikk i vårt solsystem i de første dagene, og det kan ha store konsekvenser for hvordan livet oppsto på Jord. Er med andre ord historien til solsystemet vårt vanlig over hele galaksen, eller har vi en veldig uvanlig opprinnelseshistorie? Og hva sier det om sjansene for at livet oppstår her? Eksempler kan gi oss ledetråder til å svare på disse spørsmålene. ”
Dessuten er mange måner i solsystemet - inkludert Europa, Ganymede, Enceladus og Titan - antatt å være potensielt beboelige. Dette skyldes det faktum at disse kroppene har jevn tilførsel av flyktige stoffer (som nitrogen, vann, karbondioksid, ammoniakk, hydrogen, metan og svoveldioksid) og har interne oppvarmingsmekanismer som kan gi den nødvendige energien til å drive biologiske prosesser.
Også her presenterer studiet av eksempler interessante muligheter, for eksempel om de kan være beboelige eller til og med jordlignende. Av disse og andre grunner ønsker astronomer å se om planetene som er bekreftet i fjerne stjernesystemer har systemer for måner og hvordan forholdene er i dem. Men som Teachey antydet, jakten på eksomoer byr på en rekke utfordringer sammenlignet med eksoplanettjakt:
"Det er vanskelig å finne måner, fordi 1) vi forventer at de vil være ganske små mesteparten av tiden, noe som betyr at transportsignalet vil være ganske svakt til å begynne med, og 2) hver gang en planet går over, vil månen dukke opp i en annen plass. Dette gjør dem vanskeligere å oppdage i dataene, og å modellere transitthendelsene er vesentlig mer beregningsdyktig. Men vårt arbeid utnytter månene som dukker opp på forskjellige steder ved å ta det gjennomsnittlige signalet over mange forskjellige transittbegivenheter, og til og med over mange forskjellige eksoplanetære systemer. Hvis månene er der, vil de faktisk gi ut et signal på hver side av planetenes overgang over tid. Da handler det om å modellere dette signalet og forstå hva det betyr med tanke på månestørrelse og forekomst. "
For å finne tegn til eksomoner søkte Teachey og hans kolleger gjennom Kepler-databasen og analyserte transittene til 284 eksoplanettkandidater foran sine respektive stjerner. Disse planetene varierte i størrelse fra å være jordlignende til Jupiterlignende i diameter, og gikk i bane rundt stjernene deres i en avstand mellom ~ 0,1 og 1,0 AU. De modellerte deretter lyskurven til stjernene ved hjelp av teknikkene for fasesetting og stabling.
Disse teknikkene blir ofte brukt av astronomer som overvåker stjerner for fall i lysstyrke som er forårsaket av transitt av planeter (dvs. transittmetoden). Som Teachey forklarte, er prosessen ganske lik:
I utgangspunktet kuttet vi opp tidsseriedataene i like store deler, hver bit har en transitt av planeten i midten. Og når vi stabler disse brikkene sammen, kan vi få et tydeligere bilde av hvordan transitten ser ut ... For månesøket gjør vi i hovedsak det samme, først nå ser vi på dataene utenfor planetenes viktigste transitt. Når vi stabler dataene, tar vi gjennomsnittsverdiene for alle datapunktene i et bestemt tidsvindu, og hvis en måne er til stede, burde vi se noe som mangler stjernelys der, som lar oss utlede sin tilstedeværelse. ”
Det de fant var en enkelt kandidat i Kepler-1625-systemet, en gul stjerne som ligger omtrent 4000 lysår fra Jorden. Designated Kepler-1625B I, denne månen går i bane rundt den store gassgiganten som ligger innenfor stjernens beboelige sone, er 5,9 til 11,67 ganger jordens størrelse, og kretser om stjernen sin med en periode på 287,4 dager. Denne eksomonkandidaten, hvis den skulle bekreftes, vil være den første eksomonen som noen gang er oppdaget
Teamets resultater (som venter på fagfellevurdering) demonstrerte også at store måner er en sjelden forekomst i de indre områdene av stjernesystemer (innen 1 AU). Dette var noe av en overraskelse, selv om Teachey erkjenner at det stemmer overens med nyere teoretisk arbeid. Ifølge hva noen nyere studier antyder, kan store planeter som Jupiter miste månene sine når de vandrer innover.
Hvis dette skulle vise seg å være tilfelle, kan det som Teachey og hans kolleger var vitne til bli sett på som bevis på den prosessen. Det kan også være en indikasjon på at våre nåværende eksoplanettjaktoppdrag kanskje ikke er opp til oppgaven å oppdage eksoner. I de kommende årene forventes neste generasjons oppdrag å gi mer detaljerte analyser av fjerne stjerner og deres planetariske systemer.
Imidlertid, som Teachey antydet, også disse kunne være begrenset med tanke på hva de kan oppdage, og det kan til slutt bli behov for nye strategier:
"Sjeldenhetene med måner i de indre områdene i disse stjernesystemene antyder at individuelle måner vil forbli vanskelig å finne i Kepler-dataene, og kommende oppdrag som TESS, som bør finne mange veldig korte periode-planeter, vil også ha en vanskelig tid å finne disse månene. Det er sannsynligvis månene, som vi fremdeles forventer å være der ute et sted, som bor i de ytre områdene av disse stjernesystemene, omtrent som de gjør i vårt solsystem. Men disse regionene er mye vanskeligere å undersøke, så vi må bli enda smartere om hvordan vi ser etter disse verdenene med nåværende og nær fremtidige datasett. ”
I mellomtiden kan vi absolutt bli begeistret for det faktum at den første eksomonen ser ut til å ha blitt oppdaget. Mens disse resultatene venter på fagfellevurdering, vil bekreftelse av denne månen bety ytterligere forskningsmuligheter for Kepler-1625-systemet. At denne månen går i bane rundt stjernens beboelige sone, er også et interessant trekk, selv om det ikke er sannsynlig at månen i seg selv er beboelig.
Likevel er muligheten for en beboelig måne som går i bane rundt en gassgigant interessant. Høres det ut som noe som kan ha kommet opp i noen science fiction-filmer?
