Долгое время мы задавались вопросом, есть ли у других звезд такие планеты, как Солнце. Наконец, в 1990-е годы мы получили ответ. Теперь остается еще один вопрос.
У большинства планет нашей Солнечной системы есть спутники. Есть ли у экзопланет экзолуны?
Луны являются нормой в нашей Солнечной системе. Только Меркурий и Венера, две ближайшие к Солнцу планеты, не имеют спутников. Меркурий слишком мал, чтобы удерживать луну, находящуюся так близко к Солнцу, а Венера, возможно, имела такую луну в прошлом, а затем потеряла ее. На другом конце шкалы находятся два наших газовых гиганта — Юпитер и Сатурн. Вместе они содержат почти 250 спутников, хотя многие из них очень маленькие.
Нет никаких оснований думать, что у планет в других солнечных системах нет спутников. Но, как и в случае с экзопланетами, мы не знаем, пока не узнаем.
Мы думали, что знали это шесть лет назад, когда исследователи из Колумбийского университета обнаружили доказательства существования гигантской луны, вращающейся вокруг экзопланеты Кеплер-1625b. Они были достаточно осторожны в своих выводах, давая понять некоторым людям, что они нашли только кандидата на спутник в системе Кеплера 1625. «Этот кандидат прошел тщательную предварительную проверку, но мы еще раз подчеркиваем нашу позицию о том, что данных Кеплера недостаточно, чтобы сделать убедительное заявление о существовании этой луны», — пишут авторы. Они надеялись, что последующие наблюдения с помощью космического телескопа Хаббл подтвердят это. «Только после того, как будут проведены наблюдения HST, любые утверждения о существовании этой луны смогут получить большое доверие».
Хаббл так и не подтвердил это, но Кеплер 1625b была не единственной экзопланетой с потенциальной экзолуной. Kepler-1708b также демонстрировал признаки присутствия на орбите экзолуны. Теперь новые исследования показывают, что то, что ученые видели в данных, не является экзолунами.
Экзолуны чрезвычайно трудно обнаружить. Когда экзопланеты находятся на расстоянии сотен или тысяч световых лет, мы можем обнаружить их только тогда, когда они блокируют свет своей звезды. Это уже невероятно сложная задача, сопряженная с ложными срабатываниями и другими препятствиями. Экзолуны намного меньше и гораздо более неуловимы, что значительно затрудняет их обнаружение.
«Экзулуны находятся так далеко, что мы не можем увидеть их напрямую даже с помощью самых мощных современных телескопов», — объясняет доктор Рене Хеллер. Хеллер из Института исследований Солнечной системы Макса Планка (MPS) и первый автор новой исследовательской статьи в журнале Nature Astronomy. Он озаглавлен «Маловероятные крупные экзолуны вокруг Кеплера-1625 b и Кеплера-1708 b», заголовок, который не нуждается в разборе.
Кеплер 1625b — планета размером с Юпитер, вращающаяся вокруг звезды, похожей на Солнце, на расстоянии более 8000 световых лет от нас. Когда была обнаружена его потенциальная луна, она вызвала большой интерес. Не только потому, что это был бы первый спутник, но это также был бы гигантский спутник-гигант размером с Нептун, который затмил бы все спутники в нашей Солнечной системе.
Kepler-1708b вращается вокруг звезды F-типа на расстоянии более 5000 световых лет от нас. В 2021 году астрономы обнаружили доказательства существования экзолуны, вращающейся вокруг газового гиганта, подобного Юпитеру. Если это правда, то это еще и огромная луна. «Луна довольно чужая по сравнению с любой луной в Солнечной системе», — сказал Дэвид Киппинг, астроном из Колумбийского университета, участвовавший в этом открытии. «Мы не уверены, скалистый ли он; мы не уверены, газообразный ли он. Это что-то среднее между размером Нептуна, который является газообразным, и Земли, которая является каменистой», — сказал Киппинг в интервью NPR.
Мы склонны думать об открытиях экзопланет как о более прямых, чем они есть на самом деле. В прошлом астрономы сидели за телескопами и внимательно наблюдали за небом, пока что-нибудь не находили. Но современная астрономия не такая. Космические корабли, такие как «Кеплер» и TESS, генерируют огромное количество данных, и ученые должны разобраться в них и найти открытия во всех этих данных. Эти экзолуны были обнаружены в результате глубокого анализа данных Кеплера.
Астрономы ищут кривые блеска в данных Кеплера. Когда они находят ту, которая регулярно падает, это указывает на экзопланету. Экзолуны также могут создавать кривые блеска, но они более сложны, чем кривые блеска экзопланет, из-за движения Луны и планеты вокруг общего центра тяжести. Кроме того, они настолько слабы, что кажутся немногим больше, чем огонек. Но слабые признаки — это то, с чего началось множество важных научных открытий.
Одна из проблем со слабыми сигналами заключается в том, что они выглядят так же, как шумовые сигналы. И все телескопы вносят свой собственный шум. Как ученые могут заметить разницу? Только упорным трудом и мощными вычислительными инструментами.
В этом случае пара исследователей, стоящих за новой статьей, создала миллионы искусственных кривых блеска, которые экзолуны могли бы генерировать в самых разных сценариях. Затем они использовали алгоритм для сравнения всех этих кривых с обнаруженными кривыми потенциальных экзолун Kepler-1625b и Kepler-1708b.
В случае с Kepler-1708b результаты оказались не очень хорошими. Безлунные сценарии лучше воспроизводили кривые блеска, чем сценарии экзолуны. «Вероятность того, что луна вращается вокруг Kepler-1708b, явно ниже, чем сообщалось ранее», — сказал соавтор исследования Майкл Хиппке из обсерватории Зоннеберг. «Данные не предполагают существования экзолуны вокруг Кеплера-1708b», — добавил Хиппке.
Экзолуна Кеплера-1625b также не выдержала анализа. Сигналы, указывающие на его присутствие, исходили от того, как два телескопа, которые его изучали — «Кеплер» и «Хаббл» — видели вещи по-разному. Все сводится к потемнению конечностей.
Потемнение лимба — это мгновенное изменение яркости звезды на ее диске, когда перед ней проходит экзопланета. Хеллер и Хиппке утверждают, что потемнение конечностей оказывает сильное влияние на предполагаемый сигнал экзолуны. Край солнечного диска кажется темнее центра звезды. Но темнота по краю у Кеплера и Хаббла выглядит разной, потому что оба телескопа чувствительны к разным длинам волн света. В реальном транзите на экзолуну это не имело бы никакого значения.
Пара исследователей утверждает, что их моделирование объясняет разницу в затемнении конечностей лучше, чем экзолуна. Они также говорят, что их новый анализ показывает, как алгоритмы обнаружения экзолуны генерируют так много ложных срабатываний. Астрономы продолжают думать, что обнаружили экзолуну, но оказывается, что это просто планета.
«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.
Это исследование имеет еще один положительный результат. Он показывает, какие типы экзолун можно обнаружить с большей вероятностью. Анализ пары показывает, что, скорее всего, можно обнаружить только массивные спутники на широких орбитах. Обнаружимая луна должна быть в два раза больше Ганимеда, крупнейшего спутника нашей Солнечной системы.
Как долго нам придется ждать, прежде чем мы обнаружим нашу первую подтвержденную экзолуну? Запуск PLATO (PLANetary Transits and Oscillations of stars) ESO запланирован на 2026 год. Его миссия — поиск транзитов планет земного типа через до одного миллиона звезд. Он превосходно обнаруживает планеты, а также способен обнаруживать кольца и спутники.
«Первые экзолуны, которые будут обнаружены в ходе будущих наблюдений, например, миссии PLATO, безусловно, будут очень необычными и поэтому интересными для изучения», — говорит Хеллер.
Пара авторов недовольна тем, что они показали, что пара экзолунов вряд ли реальна. «Нам хотелось бы подтвердить открытие экзолун вокруг Kepler-1625b и Kepler-1708b», — сказал Хеллер. «Но, к сожалению, наш анализ показывает обратное», — добавляет он.
