Будущая космическая обсерватория могла бы использовать экзозатмения для выявления популяций экзолун.
Если вы похожи на нас, то вы все еще находитесь в состоянии небесной эйфории, вызванной полным солнечным затмением в прошлом месяце. Зрелище Луны, закрывающей Солнце, также предоставило астрономам уникальные научные возможности в прошлом: от открытия гелия до доказательства общей теории относительности. Теперь затмения в отдаленных экзопланетных системах могут помочь в поисках неуловимых экзолунов.
Недавнее исследование, проведенное Мичиганским университетом в сотрудничестве с Johns Hopkins APL и физическим факультетом и Институтом астрофизики и космических исследований Кавли Массачусетского технологического института, под названием Экзолуны и исследования с Обсерваторией обитаемых миров I: об обнаружении аналоговых теней и затмений Земли и Луны надеется использовать будущую миссию для поиска затмений, транзитов и затмений в далеких системах.
Охота на экзо-спутники
«HWO, вероятно, сможет обнаруживать экзолуны, используя различные методы обнаружения, в отличие от существующих обсерваторий», — рассказала ведущий автор исследования Мэри Энн Лимбах (Мичиганский университет). Вселенная сегодня. «В системе, где мы обнаруживаем экзолуну через экзо-затмение, мы могли бы наблюдать другие признаки, такие как свет Луны в объединенном спектре отраженного света Луны и планеты».
Предлагаемая обсерватория обитаемых миров (HWO) была основана на концепции LUVOIR-B (Большой ультрафиолетовый оптический и инфракрасный исследователь). Это было подчеркнуто в десятилетнем обзоре космической астрономии Astro2020. HWO будет работать из точки Лагранжа L2 Солнце-Земля (нынешний дом для Евклида и JWST) и запускаться либо на SLS, либо на Falcon Heavy где-то в середине 2030-х годов. HWO будет использовать свободно летающий «звездный щит», который позволит ему напрямую наблюдать за экзопланетами, вращающимися вокруг звезд. Но что действительно привлекает наблюдателей, так это идея увидеть большие спутники, вращающиеся вокруг указанных планет. До сих пор заявления об обнаружении экзолун, таких как Kepler-1625b и Kepler-1708b, оставались неуловимыми. Однако если эти спутники будут вращаться по своим орбитам в соответствующих плоскостях эклиптики, мы увидим характерные падения яркости, когда эти спутники войдут в тень планеты, а затем отбросят свои тени обратно на главную звезду.
Затмения, транзиты и покрытия
В астрономии мы называем эту схему затмения-транзита серией взаимных событий, когда одно тело проходит перед другим. В нашей Солнечной системе Юпитер является ярким примером этого. На Земле и Луне происходят подобные события дважды в год, во время так называемых сезонов затмений.
«Основная миссия HWO — поиск признаков жизни на планетах, вращающихся вокруг других звезд. Чтобы добиться этого, HWO потребуется наблюдать за многими близлежащими звездными системами, иногда по несколько дней подряд», — говорит Лимбах. «Во время этих наблюдений HWO будет измерять отраженный свет от непосредственно отображаемых планет в системе. Если в это время произойдет экзо-затмение (или транзит), мы будем наблюдать значительно меньше света от планеты во время затмения (примерно до 30% меньше для аналога Земля-Луна, в зависимости от орбитальной фазы)».
У нас уже есть некоторое представление о том, как «экзо-затмение» или транзитное событие может выглядеть на расстоянии. В 2008 году НАСА перепрофилировало космический корабль Deep Impact для так называемого EPOXI (сочетание двух аббревиатур: миссии Deep Impact Extended Investigation и миссии по наблюдению и описанию внесолнечных планет). Оглядываясь назад на систему Земля-Луна, EPOXI увидел серию транзитов. Это дает исследователям некоторое представление о том, как может выглядеть такое событие.
Ищем земные аналоги
Обсерватория обитаемых миров будет работать в ближнем инфракрасном диапазоне — диапазоне, в котором большие луны могут затмить свои миры. Ожидается, что с помощью аналоговой системы Земля-Луна HWO увидит от 2 до 20 взаимных событий на расстоянии 10 парсеков. Более крупные события газовых гигантов можно было бы обнаружить на расстоянии до 20 парсеков.
«Поскольку HWO будут доступны несколько методов обнаружения экзолун, и мы прогнозируем, что они облегчат обнаружение экзолун, HWO может быть способна раскрыть общую информацию об экзолунах. как население, например, насколько распространены или редки большие луны вокруг планет, подобных Земле, или физические обстоятельства, при которых легко обнаруживаются экзолуны», — говорит Джейкоб Лустиг-Ягер (Вашингтонский университет). «Если HWO сможет обнаружить множество экзолун, это может открыть двери для таких популяционных исследований в будущем».
Конечно, обнаружение экзолун по экзо-затмениям, которые они производят, будет затруднено. Это будет самым передовым достижением того, на что способна даже Обсерватория обитаемых миров. Этому методу также придется бороться с ложными сигналами. К ним относятся возможные «экзо-кольца» и даже изменчивость погоды и вращение, изменяющее альбедо или общую яркость главной звезды. С другой стороны, исследователи отмечают, что более молодые системы должны производить больше взаимных событий. Подумайте о системе Земля-Луна в начале ее истории, когда Луна впервые оторвалась от Земли и находилась намного ближе. Эта первобытная Луна должна была маячить на небе, вызывая множество затмений.
Население экзо-спутников
«Следующий аспект, который мы исследуем, — это спектроскопическая возможность обнаружения «землеподобных» спутников, вращающихся вокруг газовых планет-гигантов в обитаемой зоне», — говорит Лимбах. «Хотя такие спутники часто изображались в популярной культуре (например, Эндор и Пандора), HWO может быть первой обсерваторией, способной обнаружить и охарактеризовать их, если они существуют».
В конечном итоге описанные методы могут привести к обнаружению целой популяции экзолун, что позволит нам с некоторой уверенностью сказать, насколько они распространены в космосе.
