Kiekvienoje viešoje paskaitoje apie egzoplanetas kažkas būtinai užduoda klausimą apie egzoplanetų palydovus. Klausimas yra toks įdomus, kad jis vertas atskiro straipsnio.
Šiuo metu rastų egzoplanetų skaičius artėja prie šešių tūkstančių (įskaitant nepatvirtintas). Kiek didelių palydovų turėtų turėti šios planetos? Žvelgdami į savo saulės sistemą, galime manyti, kad maždaug taip: mes turime septynis palydovus, kurie yra Mėnulio dydžio ir didesni aštuonioms planetoms (Mėnulis, Io, Europa, Ganymede, Callisto, Titan, Triton). O kaip su egzoplanetų palydovais? Deja, kol kas beveik nieko. Vis dėlto pradeda ryškėti pirmieji, kol kas neaiškūs rezultatai.
- „Salik.biz“
Planetų palydovai yra įdomūs tuo, kad juose įmanoma gyvybė, net jei planeta yra milžiniška ir savaime nėra pritaikyta gyvenimui. Pavyzdžiui, „gyvenamoje zonoje“rasta nemažai milžiniškų planetų (2014 m. Duomenimis - 45). Jei jie turi pakankamai didelių palydovų, kodėl gi jiems neturėtų kilti gyvybės? Turėtų būti puikus vaizdas: danguje dominuoja milžiniška planeta, matoma tiek naktį, tiek dieną. Žinoma, toks paveikslas įkvepia menininkus ir tam tikra prasme tyrėjus, dirbančius su Keplerio duomenimis. Matyt, šie duomenys yra vienintelė vieta, kur šiuo metu galima atrasti egzoplanetos palydovą.
Pradedantiesiems, keletas naudingų sąvokų.
Planetos palydovas negali suktis apie jį jokiu atstumu. Orbitos dydį iš viršaus riboja vadinamoji Kalno sfera, kurios išorėje palydovas palieka planetos gravitacinį lauką ir tampa nepriklausomu žvaigždės palydovu. Čia yra šios sferos spindulys paprasčiausiu atveju, kai palydovo orbita yra apskritimo formos: RH = a (m / 3M) 1/3, kur a yra planetos orbitos pusiau pagrindinė ašis, m yra planetos masė, M yra žvaigždės masė. Žemei kalno spindulys yra apie 1,5 milijono km. Šiek tiek toliau yra Lagrange taškai L1 ir L2, kur ištraukiami kosminiai teleskopai. Kalno spindulys šalia Neptūno - Saulės sistemos rekordas - apie 100 milijonų km. Realybėje dėl įvairių trikdančių veiksnių milijardų metų skalėje stabilus orbitų spindulys yra mažesnis - maždaug pusė ar net trečdalis kalno spindulio.
Orbitos dydis taip pat yra apribotas iš apačios: per artimoje orbitoje palydovas yra atitrūkęs nuo planetos sunkumo ir virsta savotiškais Saturno žiedais. Ši riba vadinama „Roche“zona, jos esmė: potvynio jėgos viršija palydovo savaiminį sunkumą. „Roche“riba priklauso nuo pastarojo tvirtumo: jei palydovas gali deformuotis kaip skystis, tada „Roche“riba yra beveik dvigubai didesnė. Visi Saulės sistemos palydovai yra už „kietosios“Roche ribos, tačiau kai kurie laimingi egzistuoja „skysčio“ribos viduje, pavyzdžiui, penki artimiausi Saturno palydovai.
Šilčiausiems Jupiteriams Kalno sferos spindulys yra artimas Ročės ribai - jie tikrai negali turėti palydovų. Tačiau yra ir kitų palydovų orbitų, veikiančių netoli žvaigždės, nestabilumo mechanizmų, todėl palydovų egzistavimo tikimybė planetose, kurių orbitalinis periodas yra iki 10–20 dienų, milijardus metų, yra nereikšminga. Gaila, nes tarp aptiktų egzoplanetų yra daugybė trumpalaikių egzoplanetų, o ateinančiais metais jos dominuos tarp naujų atvykėlių. Ir, kas svarbiausia, trumpalaikių planetų palydovus būtų lengviausia aptikti, jei jie ten būtų.
Bet mus labiausiai domina planetų, esančių „gyvenamojoje zonoje“, palydovai. Ten jų orbitos gali būti stabilios daugelį milijardų metų - pažvelk į mėnulį.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Kaip rasti egzoplanetos palydovą
Kiek gali būti planetų palydovai? Pagal Saulės sistemą tipiškas visos palydovų masės ir planetos masės santykis yra 1/10000. Tai pasakytina apie Jupiterio sistemą, Saturną (su nedideliu pertekliumi dėl Titano) ir Uraną. Neptūnas ir Marsas turi mažiau „vietinių“palydovų (Tritonas nėra gimtasis, tai yra užfiksuotas Kuiperio juostos objektas). Matyt, toks santykis yra natūralus, kai palydovai susidaro iš dulkėto disko aplink planetą. Mėnulis yra atskiras pokalbis, jo masė yra dviem laipsniais didesnė nei tipinė palydovų masė, ji susidarė kaip katastrofiško susidūrimo rezultatas. Tuomet mes turime teisę tikėtis, kad superjupiterio palydovų, turinčių 10 Jupiterio masių, masė (ir tokių buvo rasta daug) bus tokia pati kaip Marso masė. Toks kūnas gali būti pastebimas vykstant planetos tranzitui - pirmiausia žvaigždė užtemsta palydovo, tada pati planeta. Palydovo poveikis bus šimtą kartų mažesnis, tačiau turint gerą tranzito statistiką (planeta daug kartų kerta žvaigždės diską), ją galima daugiau ar mažiau patikimai aptikti. Žinoma, užfiksuota planeta taip pat gali būti palydovas, šiuo atveju ji gali būti žymiai didesnė, tačiau vargu ar kas gali pasakyti, kokia yra neįprastai didelio užfiksuoto objekto radimo tikimybė.
Kita galimybė yra tranzito laikas. Jei palydovas yra prieš planetą savo orbitoje aplink žvaigždę, planetos tranzitas įvyksta šiek tiek vėliau, jei jis atsilieka - šiek tiek anksčiau. Pavyzdžiui, jei visi Jupiterio palydovai yra sudedami į vieną ir dedami į Ganymede vietą, tada Jupiterio poslinkis bus plius arba minus 100 km, kuris išreiškiamas tranzito vėlavimu / pajudėjimu maždaug 7 s - 4 pagal dydį mažesne tranzito trukme. Tai toli gražu neviršija matavimo tikslumo. Palydovas turi būti neįprastai didelis. Apskritai šis metodas yra silpnesnis nei ankstesnis.
Planetų palydovų spektrometriniu metodu iš esmės neįmanoma aptikti pagal žvaigždės radialinį greitį - čia visi galimi palydovo efektai yra nereikšmingi.
Gravitacinio mikrotraukimo metodas išlieka, tačiau jis pagrįstas reta sėkme. Jei fono žvaigždė (ne pagrindinė žvaigždė, bet tolimiausia fone) palydovu praeina tiksliai už planetos, šios žvaigždės šviesos kreivėje atsiras dvigubas smaigas.
Trys Kepler 1625b planetos tranzitai (Kepler duomenų bazėje yra tik trys). Parodyta žvaigždės Kepler 1625 šviesos kreivė. Tvirta linija yra - tinkamas modelis su Neptūno dydžio palydovu. Statistinis modelio reikšmingumas - 4,1 σ. Jei pašalinsime trečiąjį tranzitą, reikšmė sumažės iki nereikšmingos vertės.
Apskritai perspektyviausias yra pirmasis iš išvardytų būdų - palydovinis tranzitas. Tam reikia labai daug stebėjimų. Toks masyvas egzistuoja, tai yra Keplerio archyviniai duomenys, kurie yra viešai prieinami. Kepleris pagrindinėje programoje dirbo šiek tiek daugiau nei ketverius metus. Nepakanka patikimai aptikti palydovų perdavimus „gyvenimo zonoje“, tačiau geriausių duomenų nėra. Šiuo metu ten reikia ieškoti palydovų pėdsakų, ir visai įmanoma, kad vienas palydovas jau buvo rastas.
Išėjusiųjų paieška
Pirmasis palydovų užuomina buvo rastas netoli planetos su „telefono numeriu“1SWASP J140747.93-394542.6 b. Tai milžiniška planeta, kurios masė yra 20 Jupiterių - ant rudos nykštukės slenksčio1. Tranzitai parodė, kad ji turi didžiulę žiedų sistemą, žiedai turi tarpus, o palydovai turėtų sėdėti tarpuose - jie valgo tas spragas. Tai viskas. Nėra jokios kitos informacijos apie šiuos palydovus.
Kitas palydovas buvo rastas mikrolentelėmis našlaičių planetai, laisvai skraidančiai kosmose. Sunku ką nors pasakyti apie planetos masę ir palydovą - tai gali būti rudasis nykštukas su aplink jį besisukančiu „neptūnu“. Šis atvejis nėra toks įdomus.
2012 metais Pulkovo observatorijos astronomai paskelbė apie galimą palydovo atradimą šalia egzoplanetos WASP 12b. Tai labai karštas Jupiteris, per dieną skrietantis Saulės klasės žvaigžde. Planetos tranzito metu buvo stebimas ryškumo pliūpsnis, kuris, pasak apžvalgų autorių, gali būti aiškinamas kaip planetos praėjimas per žvaigždžių taškus arba kaip planetos palydovas, periodiškai susiliejantis su jo disku. Antrasis aiškinimas sukėlė pastebimą atsakymą Rusijos spaudoje, tačiau jis tiesiog nėra fizinis: šios planetos kalvos sfera praktiškai sutampa su Ročės zona. Ten negali būti palydovo.
Norėdami ieškoti egzodų Keplerio duomenyse, buvo organizuotas HEK („Hunt for Exomoons with Kepler“) projektas. Projekto komanda gerai sukrečia duomenis ir, atrodo, iš ten ištraukė naudingos informacijos. Tiesa, nelabai optimistiškai. Žemiau pateikti rezultatai buvo paskelbti 2017 m. Spalio mėn. Viename straipsnyje2.
Viena vertus, rasta Kepler 1625 b planetos palydovo nuoroda. Statistinis reikšmingumas yra apie 4 σ, o tai yra gana maža, atsižvelgiant į didelį tirtų egzoplanetų skaičių. Blogiau, kad tame pačiame tyrime netoli vienos iš žvaigždžių planetos buvo rastas „antisatellitas“, tai yra priešingo ženklo signalas, turintis tą pačią reikšmę 4 σ. Aišku, kad šis signalas yra melagingas, nes nėra jokių gamtos reiškinių, imituojančių „anti-palydovą“. Be to, planetoje buvo tik trys tranzitai ir tik vienas iš jų yra pakankamai įtikinamas. Jei efektas bus patvirtintas, tai bus Neptūno dydžio palydovas, turintis planetą, kurios masė yra ne mažiau kaip 10 Jupiterių (masė apskaičiuojama iš tariamo palydovo orbitos), kuri atitinka užfiksuotą planetą. Palydovas su planeta yra „gyvybės zonoje“: šildymas yra visiškai toks pat, kaip ir Žemės. Tariamos planetos orbita yra stabili - giliai Kalno sferoje ir toli už Ročės ribos. Autoriai nereikalauja šio atradimo ir užsakė stebėti „Kepler 1625“Hablo teleskopu 2017 m. Spalio 28–29 d. - kito tranzito metu. Tai įvyko. Nėra paskelbtos informacijos, išskyrus konferencijos santrauką su santrauka „pranešama apie išankstinius stebėjimų rezultatus“. Tai greičiausiai reiškia, kad stebėjimas nedavė vienareikšmio rezultato.kad stebėjimas nedavė vienareikšmio rezultato.kad stebėjimas nedavė vienareikšmio rezultato.
Kitas nemalonus rezultatas gaunamas sudėjus daugelio planetų tranzitus iš Kepler duomenų bazės. Autoriai išrinko daugiau nei tris šimtus egzoplanetų, kurios, jų požiūriu, yra perspektyviausios ieškant palydovų. Kriterijai apima orbitą nuo 1 iki 0,1 AU ir gerą duomenų kokybę. Kaip norimas efektas buvo atskleistas žvaigždės patamsėjimas iš planetos GALILIJOS palydovų analogo, t. Y. Jupiterio GALILIJOS palydovų analogų, išmatuotų pagal planetos dydį. Tokiu atveju buvo paimta visų bandinio planetų tranzito šviesos kreivių suma.
Deja, teigiamas signalas neviršija 2 σ, o rezultatas kelia moksliškai reikšmingą viršutinę ribą didelių palydovų gausumui. Planetų, turinčių analogą su „Galilean“palydovais, dalis neviršija 0,38, esant 95% pasikliovimo lygiui.
Panašu, kad egzoplanetų palydovų trūkumas Jupiterio palydovų atžvilgiu yra gana realus. Paprasčiausias paaiškinimas: didelių egzoplanetų populiacija yra 1 AU. T. y., Saulės klasės žvaigždėms tai greičiausiai yra migrantai iš atokesnių regionų. Kas daroma su planetų palydovais migracijos metu? Gali būti, kad jie praranda stabilumą.
Pagaliau. Rimtų mokslininkų komanda šukavo Keplerio duomenis apie egzoplanetų palydovus. Ar tai reiškia, kad tema buvo išnaudota ir niekam nėra akivaizdu, kad šiuose duomenyse yra ką nors naujo apie pašalintus asmenis? Nieko tokio! Pirmiausia bet kurį darbą reikia pakartoti, kad būtų patikrinta. Mano draugai du kartus patikrino WMAP mikrobangų teleskopo, kuris, atrodo, buvo pakartotinai patikrintas iki skylių, duomenis ir rado akivaizdžių artefaktų, kuriuos vėliau reikėjo ištaisyti. Antra, tai yra didžiulis darbo krūvis, peržengiantis vienos komandos galią. Todėl norėčiau paskatinti savanorius: duomenys yra atviri, reikalinga tik pilkoji medžiaga, kuri vis dar prieinama Rusijoje.
Borisas Šernas