Несколько факторов могут создать на кривой блеска сигнал, подобный лунному, даже без присутствия настоящей луны. Фото: MPS/hormesdesign.de
Только две из более чем 5300 известных экзопланет на данный момент предоставили доказательства наличия спутников на орбите вокруг них. При наблюдениях за планетами Kepler-1625b и Kepler-1708b с помощью космических телескопов «Кеплер» и «Хаббл» исследователи впервые обнаружили следы таких спутников.
Новое исследование теперь ставит под сомнение эти предыдущие утверждения. Как сообщают сегодня в журнале Nature Astronomy ученые из Института Макса Планка по исследованию Солнечной системы (MPS) и Обсерватории Зонненберга в Германии, интерпретация наблюдений «только для планет» является более убедительной.
Для своего анализа исследователи использовали недавно разработанный компьютерный алгоритм Pandora, который облегчает и ускоряет поиск экзолун. Они также исследовали, какие экзолуны в принципе можно обнаружить в современных космических астрономических наблюдениях. Их ответ весьма шокирует.
В нашей Солнечной системе тот факт, что вокруг планеты вращается одна или несколько лун, является скорее правилом, чем исключением: такие спутники есть, кроме Меркурия и Венеры, у всех других планет; В случае с газовым гигантом Сатурном исследователи на сегодняшний день обнаружили 140 естественных спутников.
Поэтому ученые считают вполне вероятным, что планеты в далеких звездных системах также имеют спутники. Однако до сих пор свидетельства существования таких экзолун были обнаружены только в двух случаях: Kepler-1625b и Kepler-1708b. Такая низкая доходность неудивительна. В конце концов, далекие спутники, естественно, намного меньше своих родных миров, и поэтому их гораздо труднее найти. Просмотр данных наблюдений тысяч экзопланет в поисках доказательств наличия спутников занимает чрезвычайно много времени.
Чтобы сделать поиск проще и быстрее, авторы нового исследования полагаются на алгоритм поиска, который они сами разработали и оптимизировали для поиска экзолунов. Они опубликовали свой метод в прошлом году, и алгоритм доступен всем исследователям в виде открытого исходного кода. Применительно к данным наблюдений Kepler-1625b и Kepler-1708b результаты оказались ошеломляющими.
«Нам бы хотелось подтвердить открытие экзолун вокруг Kepler-1625b и Kepler-1708b», — говорит первый автор нового исследования, ученый MPS доктор Рене Хеллер. «Но, к сожалению, наш анализ показывает обратное», — добавляет он.
Прятки экзолуны
Подобная Юпитеру планета Кеплер-1625b попала в заголовки газет пять лет назад. Исследователи из Колумбийского университета в Нью-Йорке сообщили о убедительных доказательствах существования на своей орбите гигантской луны, которая затмит все спутники Солнечной системы. Ученые проанализировали данные космического телескопа НАСА «Кеплер», который наблюдал более 100 000 звезд во время своей первой миссии с 2009 по 2013 год и обнаружил более 2000 экзопланет.
Однако в годы, последовавшие за заявлением об открытии в 2018 году, кандидат на экзолуну заставил астрономов играть в космическую версию игры в прятки. Во-первых, оно исчезло после очистки данных Кеплера от систематического шума. Тем не менее, подсказки были снова найдены в дальнейших наблюдениях с помощью космического телескопа Хаббл.
А затем, в прошлом году, у этого необычного кандидата на экзолуну появилась компания: по данным нью-йоркских исследователей, еще одна гигантская луна, намного больше Земли, вращается вокруг планеты размером с Юпитер Kepler-1708b.
Правильный матч
«Экзулуны находятся так далеко, что мы не можем увидеть их напрямую даже с помощью самых мощных современных телескопов», — объясняет доктор Рене Хеллер. Вместо этого телескопы фиксируют колебания яркости далеких звезд, временной ряд которых называется кривой блеска. Затем исследователи ищут признаки спутников на этих кривых блеска. Если экзопланета проходит перед своей звездой, если смотреть с Земли, она затемняет звезду на крошечную долю.
Это событие называется транзитом и повторяется регулярно в течение периода обращения планеты вокруг звезды. Экзолуна, сопровождающая планету, будет иметь аналогичный эффект затемнения. Однако его след на кривой блеска будет не только значительно слабее.
Из-за движения Луны и планеты вокруг общего центра тяжести это дополнительное затемнение кривой блеска будет следовать довольно сложной схеме. Следует учитывать и другие эффекты, такие как затмения планет и Лун, естественные изменения яркости звезды и другие источники шума, возникающие во время телескопических измерений.
Тем не менее, чтобы обнаружить спутники, исследователи из Нью-Йорка и их немецкие коллеги сначала рассчитывают миллионы «искусственных» кривых блеска для всех мыслимых размеров, взаимных расстояний и орбитальных ориентаций возможных планет и спутников. Затем алгоритм сравнивает эти смоделированные кривые блеска с наблюдаемыми кривыми блеска и ищет наилучшее совпадение. Исследователи из Геттингена и Зоннеберга использовали свой алгоритм Pandora с открытым исходным кодом, который оптимизирован для поиска экзолун и может решить эту задачу на несколько порядков быстрее, чем предыдущие алгоритмы.
Никаких следов лун
В случае с планетой Кеплер-1708b немецкий дуэт обнаружил, что сценарии без луны могут объяснить данные наблюдений так же точно, как и сценарии с луной. «Вероятность того, что луна вращается вокруг Kepler-1708b, явно ниже, чем сообщалось ранее», — говорит Майкл Хиппке из обсерватории Зоннеберг и соавтор нового исследования. «Данные не предполагают существования экзолуны вокруг Кеплера-1708b», — продолжает Хиппке.
Есть много оснований полагать, что Kepler-1625b также лишен гигантского компаньона. Транзиты этой планеты перед своей звездой ранее наблюдались с помощью телескопов «Кеплер» и «Хаббл».
Теперь немецкие исследователи утверждают, что мгновенное изменение яркости звезды по всему ее диску, эффект, известный как затемнение края звезды, оказывает решающее влияние на предполагаемый сигнал экзолуны. Например, край солнечного диска кажется темнее, чем центр. Однако в зависимости от того, смотрите ли вы на родную звезду Кеплер-1625b через телескоп «Кеплер» или «Хаббл», этот эффект затемнения конечностей выглядит по-разному.
Это потому, что Кеплер и Хаббл чувствительны к разным длинам волн света, который они получают. Исследователи из Геттингена и Зоннеберга теперь утверждают, что их моделирование этого эффекта объясняет данные более убедительно, чем гигантская экзолуна.
Их новый обширный анализ также показывает, что алгоритмы поиска экзолуны часто дают ложноположительные результаты. Снова и снова они «открывают» луну, хотя на самом деле это всего лишь планета, проходящая транзитом через свою звезду-хозяина. В случае кривой блеска, подобной кривой блеска Kepler-1625b, уровень «ложных попаданий», вероятно, составит около 11 процентов.
«Предыдущее заявление наших коллег из Нью-Йорка об экзолуне было результатом поиска спутников вокруг десятков экзопланет», — говорит Хеллер. «По нашим оценкам, ложноположительный результат вовсе не удивителен, но почти ожидаем», — добавляет он.
Странные спутники
Исследователи также использовали свой алгоритм для прогнозирования типов реальных экзолун, которые можно было бы четко обнаружить в космических миссиях по кривым блеска, таких как «Кеплер». Согласно их анализу, с помощью современных технологий можно обнаружить только особенно крупные спутники, обращающиеся вокруг своей планеты по широкой орбите.
По сравнению со знакомыми спутниками нашей Солнечной системы все они были бы чудаками: как минимум в два раза больше Ганимеда, самого большого спутника в Солнечной системе и, следовательно, почти такого же размера, как Земля. «Первые экзолуны, которые будут обнаружены в ходе будущих наблюдений, например, миссии PLATO, безусловно, будут очень необычными и поэтому интересными для изучения», — говорит Хеллер.
Информация от: Обществом Макса Планка
