Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Astronomer finder de første overbevisende beviser for en måne uden for vores solsystem

Kunstnerens indtryk af exoplaneten Kepler-1625b, passerer stjernen, med kandidaten exomoon på slæb. Kredit:Dan Durda

Et par Columbia University-astronomer, der bruger NASAs Hubble-rumteleskop og Kepler-rumteleskopet, har samlet overbevisende beviser for eksistensen af ​​en måne, der kredser om en gasgigantisk planet 8, 000 lysår væk.

I et papir offentliggjort 3. oktober i tidsskriftet Videnskabens fremskridt , Alex Teachey og David Kipping rapporterer, at påvisningen af ​​en kandidat exomoon - dvs. måner, der kredser om planeter i andre stjernesystemer - er usædvanlig på grund af dens store størrelse, sammenlignelig med diameteren af ​​Neptun. Sådanne gigantiske måner eksisterer ikke i vores eget solsystem, hvor næsten 200 naturlige satellitter er blevet katalogiseret.

"Dette ville være det første tilfælde af at opdage en måne uden for vores solsystem, " sagde Kipping, en assisterende professor i astronomi ved Columbia. "Hvis det bekræftes af opfølgende Hubble-observationer, Fundet kan give vigtige spor om udviklingen af ​​planetsystemer og kan få eksperter til at revidere teorier om, hvordan måner dannes omkring planeter."

Når man leder efter exomoons, forskerne analyserede data fra 284 Kepler-opdagede planeter, der var i forholdsvis brede baner, med perioder på mere end 30 dage, omkring deres værtsstjerne. Observationerne målte den øjeblikkelige dæmpning af stjernelys, når en planet passerede foran sin stjerne, kaldet en transit. Forskerne fandt et eksempel, i Kepler 1625b, der havde spændende anomalier.

Kunstnerens indtryk af exoplaneten Kepler-1625b, der passerer stjernen med kandidat-exomoonen på slæb. Kredit:Dan Durda

"Vi så små afvigelser og vaklen i lyskurven, der fangede vores opmærksomhed, " sagde Kipping.

Kepler-resultaterne var nok til, at holdet fik 40 timers tid med Hubble til intensivt at studere planeten, indhenter data fire gange mere præcise end Keplers. Forskerne overvågede planeten før og under dens 19 timer lange passage hen over stjernens ansigt. Efter det sluttede, Hubble registrerede et andet og meget mindre fald i stjernens lysstyrke 3,5 timer senere, i overensstemmelse med "en måne, der følger planeten som en hund, der følger sin ejer i snor, " sagde Kipping. "Desværre, de planlagte Hubble-observationer sluttede, før månens fuldstændige transit kunne måles."

Ud over dette dyk i lys, Hubble leverede understøttende beviser for månehypotesen ved at måle, at planeten begyndte sin transit 1,25 timer tidligere end forudsagt. Dette er i overensstemmelse med, at planeten og månen kredser om et fælles tyngdepunkt (barycenter), som ville få planeten til at slingre fra sin forudsagte placering.

Animation, der viser de korrigerede WFC3-billeder af Kepler-1625. Stjernen er placeret i midten og er spredt ud vandret på grund af instrumentets grism, give observatørens farveoplysninger om kilden. Kredit:Alex Teachey &David Kipping

"En udenjordisk civilisation, der ser Jorden og Månen passere Solen, vil bemærke lignende anomalier i tidspunktet for Jordens transit, " sagde Kipping.

Forskerne bemærker, at denne anomali i princippet kan være forårsaget af tyngdekraften fra en hypotetisk anden planet i systemet, selvom Kepler ikke fandt beviser for yderligere planeter omkring stjernen under sin fire-årige mission.

"En ledsagende måne er den enkleste og mest naturlige forklaring på det andet dyk i lyskurven og kredsløbs-tidsafvigelsen, " sagde hovedforfatter Teachey, NSF Graduate Fellow i astronomi ved Columbia. "Det var et chokerende øjeblik at se den lyskurve, mit hjerte begyndte at slå lidt hurtigere, og jeg blev bare ved med at kigge på den signatur. Men vi vidste, at vores opgave var at holde et vågent øje med at teste alle tænkelige måder, hvorpå dataene kunne narre os, indtil vi ikke stod tilbage uden nogen anden forklaring."

Månen estimeres til kun at være 1,5 procent af massen af ​​sin ledsagerplanet, som selv vurderede at være flere gange Jupiters masse. Denne værdi er tæt på masseforholdet mellem Jorden og dens måne. Men i tilfældet med Jord-Måne-systemet og Pluto-Charon-systemet - den største af de fem kendte naturlige satellitter på dværgplaneten Pluto - antages en tidlig kollision med et større legeme at have sprængt materiale af, som senere er smeltet sammen til en måne. Kepler 1625b og dens satellit, imidlertid, er gasformige, ikke stenet, og, derfor, en sådan kollision fører muligvis ikke til kondensering af en satellit.

Exomoons er svære at finde, fordi de er mindre end deres ledsagerplanet, og derfor er deres transitsignal svagt; de skifter også position med hver transit, fordi månen kredser om planeten. Ud over, de ideelle kandidatplaneter, der er vært for måner, er i store kredsløb, med lange og sjældne transittider. I denne søgning, månen på størrelse med Neptun ville have været blandt de letteste at opdage først på grund af dens store størrelse.

Værtsplaneten og dens måne ligger inden for solmassestjernens (Kepler 1625) beboelige zone, hvor moderate temperaturer tillader eksistensen af ​​flydende vand på enhver fast planetoverflade. "Begge kroppe, imidlertid, anses for at være gasformige og derfor uegnede til livet, som vi kender det, " sagde Kipping.

Fremtidige søgninger vil målrette planeter på størrelse med Jupiter, der er længere fra deres stjerne, end Jorden er fra Solen. Der er kun en håndfuld af disse i Kepler-databasen. NASAs kommende James Webb-rumteleskop kunne virkelig "rydde op" i satellitsøgningen, sagde Kipping. "Vi kan forvente at se virkelig små måner."


Varme artikler