Di setiap kuliah umum tentang exoplanet, seseorang selalu menanyakan pertanyaan tentang satelit exoplanet. Pertanyaannya sangat menarik sehingga perlu artikel terpisah.
Saat ini, jumlah eksoplanet yang ditemukan mendekati enam ribu (termasuk yang belum dikonfirmasi). Berapa banyak satelit besar yang harus dimiliki planet-planet ini? Melihat tata surya kita, kita dapat berasumsi bahwa hampir sama - kita memiliki tujuh satelit seukuran Bulan dan lebih besar (Bulan, Io, Europa, Ganymede, Callisto, Titan, Triton) per delapan planet. Bagaimana dengan satelit exoplanet? Sayangnya, sejauh ini hampir tidak ada. Namun hasil pertama, yang masih samar-samar, mulai terlihat.
Satelit planet-planet menarik karena kehidupan dimungkinkan di sana, bahkan jika planet itu sangat besar dan dengan sendirinya sama sekali tidak dapat beradaptasi untuk kehidupan. Misalnya, cukup banyak planet raksasa yang ditemukan di "zona layak huni" (45 menurut data 2014). Jika mereka memiliki satelit yang cukup besar, mengapa kehidupan tidak muncul? Seharusnya ada pemandangan yang indah: planet raksasa mendominasi langit, terlihat siang dan malam. Tentu saja, gambaran seperti itu menginspirasi para seniman, dan sampai taraf tertentu para peneliti, bekerja dengan data Kepler. Tampaknya, data ini adalah satu-satunya tempat di mana satelit planet ekstrasurya dapat ditemukan saat ini.
Sebagai permulaan, beberapa konsep berguna.
Satelit planet tidak dapat berputar mengelilinginya pada jarak berapa pun. Ukuran orbit dari atas dibatasi oleh apa yang disebut bola Hill, di luar itu satelit meninggalkan medan gravitasi planet dan menjadi pendamping independen bintang. Berikut adalah jari-jari bola ini untuk kasus paling sederhana, ketika orbit satelit melingkar: RH = a (m / 3M) 1/3, dengan a adalah sumbu semi-mayor orbit planet, m adalah massa planet, M adalah massa bintang. Untuk Bumi, radius Bukit sekitar 1,5 juta km. Sedikit lebih jauh adalah titik Lagrange L1 dan L2, tempat teleskop ruang angkasa dibawa keluar. Radius bukit di dekat Neptunus, rekor tata surya, adalah sekitar 100 juta km. Pada kenyataannya, karena berbagai faktor yang mengganggu, radius orbit, yang stabil dalam skala milyaran tahun, kurang - sekitar setengah atau bahkan sepertiga dari radius Hill.
Ukuran orbit juga dibatasi dari bawah: pada orbit yang terlalu dekat, satelit terkoyak oleh gravitasi planet dan berubah menjadi semacam cincin Saturnus. Batas ini disebut zona Roche, intinya: gaya pasang surut melebihi gravitasi diri satelit. Batas Roche bergantung pada kekakuan yang terakhir: jika satelit dapat berubah bentuk seperti cairan, maka batas Roche hampir dua kali lebih besar. Semua satelit tata surya berada di luar batas "keras" Roche, tetapi beberapa dengan senang hati berada di dalam batas "cair", misalnya, lima satelit terdekat dari Saturnus.
Untuk Jupiter terpanas, radius bola Hill mendekati batas Roche - mereka pasti tidak bisa memiliki satelit. Namun terdapat mekanisme lain ketidakstabilan orbit satelit yang beroperasi di sekitar bintang, sehingga kemungkinan keberadaan satelit di planet dengan periode orbit hingga 10-20 hari selama milyaran tahun dapat diabaikan. Sangat disayangkan, karena terdapat banyak exoplanet berperiode pendek di antara exoplanet yang ditemukan, dan di tahun-tahun mendatang mereka akan mendominasi di antara para pendatang baru. Dan, yang paling penting, satelit planet berperiode pendek akan paling mudah dideteksi jika mereka ada di sana.
Tapi kami paling tertarik pada satelit planet-planet di "zona layak huni". Di sana, orbitnya bisa stabil selama miliaran tahun - lihatlah bulan.
Video promosi:
Bagaimana menemukan satelit exoplanet
Seberapa besar satelit planet? Dilihat dari tata surya, rasio tipikal dari total massa satelit dan massa planet adalah 1/10000. Ini berlaku untuk sistem Jupiter, Saturnus (dengan sedikit kelebihan karena Titan) dan Uranus. Neptunus dan Mars memiliki lebih sedikit satelit "asli" (Triton bukan asli, ini adalah objek sabuk Kuiper yang ditangkap). Tampaknya, rasio seperti itu wajar jika satelit terbentuk dari cakram berdebu di sekitar planet. Bulan adalah percakapan terpisah, massanya dua kali lipat lebih tinggi dari massa satelit pada umumnya, ia terbentuk sebagai akibat dari tabrakan dahsyat. Maka kita berhak berharap bahwa massa satelit superjupiter dengan 10 massa Jupiter (dan ada banyak yang telah ditemukan) akan berada dalam urutan massa Mars. Benda seperti itu mungkin terlihat selama transit planet - pertama, bintang dikalahkan oleh satelit, lalu planet itu sendiri. Efek dari satelit akan seratus kali lebih sedikit, tetapi dengan statistik transit yang baik (planet ini melintasi cakram bintang berkali-kali), itu dapat lebih atau kurang dapat dideteksi dengan andal. Tentu saja, planet yang ditangkap juga bisa menjadi satelit, dalam hal ini bisa jadi lebih besar secara signifikan, tetapi hampir tidak ada yang bisa mengatakan berapa kemungkinan menemukan objek yang ditangkap secara abnormal besar.
Pilihan lainnya adalah waktu transit. Jika satelit berada di depan planet dalam orbitnya mengelilingi bintang, transit planet terjadi sedikit kemudian, jika tertinggal - sedikit lebih awal. Misalnya, jika semua satelit Jupiter dirakit menjadi satu dan ditempatkan di tempat Ganymede, maka perpindahan Jupiter akan menjadi plus atau minus 100 km, yang dinyatakan dalam penundaan / kemajuan transit sekitar 7 s - 4 kali lipat lebih sedikit waktu transit. Ini jauh melampaui akurasi pengukuran. Satelit harus sangat besar. Secara umum, metode ini lebih lemah dari yang sebelumnya.
Satelit planet, pada prinsipnya, tidak dapat dideteksi dengan metode spektrometri berdasarkan kecepatan radial sebuah bintang - di sini semua efek yang mungkin dari satelit dapat diabaikan.
Metode pelensaan mikro gravitasi tetap ada, tetapi ini didasarkan pada keberuntungan yang langka. Jika bintang latar belakang (bukan bintang induknya, tetapi bintang jauh di latar belakang) lewat tepat di belakang planet bersama satelit, lonjakan ganda akan muncul di kurva cahaya bintang ini.
Tiga transit planet Kepler 1625b (hanya ada tiga di database Kepler). Kurva cahaya bintang Kepler 1625 ditampilkan. Garis padatnya adalah - model pas dengan satelit seukuran Neptunus. Signifikansi statistik model - 4.1 σ. Jika kami menghapus transit ketiga, signifikansinya turun ke nilai yang dapat diabaikan.
Secara umum, yang paling menjanjikan adalah yang pertama dari metode yang terdaftar - transit satelit. Ini membutuhkan pengamatan yang sangat besar. Larik seperti itu ada, itu adalah data arsip Kepler, yang berada di domain publik. Kepler mengerjakan program utama selama kurang lebih empat tahun. Tidaklah cukup hanya dengan mendeteksi transit satelit secara andal di "zona kehidupan", tetapi data terbaik tidak ada. Saat ini jejak satelit harus dicari di sana, dan sangat mungkin satu satelit sudah ditemukan.
Pencarian exoluns
Petunjuk pertama satelit ditemukan di dekat planet dengan "nomor telepon" 1SWASP J140747.93-394542.6 b. Ini adalah planet raksasa dengan massa 20 Jupiter - di ambang katai coklat1. Transit menunjukkan bahwa ia memiliki sistem cincin yang sangat besar, cincin tersebut memiliki celah, dan satelit harus duduk di celah tersebut - mereka memakan celah ini. Semuanya. Tidak ada informasi lain tentang satelit ini.
Satelit lain ditemukan dengan microlensing planet yatim piatu yang terbang bebas di luar angkasa. Sulit untuk mengatakan sesuatu tentang massa planet dan satelit - ini mungkin katai coklat dengan "neptunus" yang mengorbit di sekitarnya. Kasus ini tidak begitu menarik.
Pada 2012, astronom di Observatorium Pulkovo mengumumkan kemungkinan penemuan satelit di dekat planet ekstrasurya WASP 12b. Ini adalah Jupiter yang sangat panas yang mengorbit bintang kelas Matahari dalam sehari. Selama transit planet, semburan kecerahan diamati, yang menurut penulis pengamatan, dapat diartikan sebagai perjalanan planet melalui bintik-bintik bintang atau sebagai satelit planet, yang secara berkala bergabung dengan piringannya. Interpretasi kedua telah menyebabkan respons yang nyata di pers Rusia, tetapi ini tidak secara fisik: bola Hill untuk planet ini secara praktis bertepatan dengan zona Roche. Tidak ada satelit di sana.
Untuk mencari exoon dalam data Kepler, proyek HEK (Hunt for Exomoons with Kepler) diorganisir. Tim proyek telah mengguncang data dengan baik dan tampaknya telah menarik beberapa informasi berguna dari sana. Benar, tidak terlalu optimis. Hasil di bawah ini dipublikasikan pada Oktober 2017 dalam satu artikel2.
Di satu sisi, ditemukan indikasi satelit planet Kepler 1625 b. Signifikansi statistik sekitar 4 σ, yang agak kecil, mengingat banyaknya exoplanet yang dipelajari. Lebih buruk lagi, dalam penelitian yang sama, ditemukan sebuah "antisatelit" di dekat planet salah satu bintang, yaitu sinyal dari tanda berlawanan dengan signifikansi yang sama yaitu 4 σ. Jelas bahwa sinyal ini salah, karena tidak ada fenomena alam yang meniru "anti-satelit". Selain itu, planet ini hanya memiliki tiga transit, dan hanya satu yang cukup meyakinkan. Jika efeknya dikonfirmasi, itu akan menjadi satelit seukuran Neptunus untuk planet dengan massa minimal 10 massa Jupiter (massa diperkirakan dari orbit satelit yang diduga), yang sesuai dengan planet yang ditangkap. Satelit dengan planet ini berada di "zona kehidupan": pemanasannya persis sama dengan yang ada di Bumi. Orbit planet diduga stabil - jauh di dalam bola Hill dan jauh melampaui batas Roche. Penulis tidak berkeras atas penemuan tersebut dan memerintahkan pengamatan Kepler 1625 oleh teleskop Hubble pada 28-29 Oktober 2017 - waktu transit berikutnya. Itu terjadi. Tidak ada informasi yang dipublikasikan, kecuali untuk abstrak konferensi dengan ringkasan “hasil observasi awal sedang dilaporkan”. Ini kemungkinan besar berarti bahwa observasi tersebut tidak memberikan hasil yang tidak ambigu.bahwa observasi tersebut tidak memberikan hasil yang tidak ambigu.bahwa observasi tersebut tidak memberikan hasil yang tidak ambigu.
Hasil mengecewakan lainnya datang dari penambahan transit banyak planet dari database Kepler. Para penulis telah memilih lebih dari tiga ratus planet ekstrasurya, yang, dari sudut pandang mereka, paling menjanjikan untuk mencari satelit. Kriteria termasuk orbit antara 1 dan 0,1 AU dan kualitas data yang baik. Sebagai efek yang diinginkan, penggelapan bintang dari analog satelit Galilea planet, yaitu analog dari satelit Galilea Jupiter yang diskalakan menurut ukuran planet, terungkap. Dalam hal ini, diambil jumlah kurva cahaya untuk semua transit semua planet dalam sampel.
Sayangnya, sinyal positif tidak melebihi 2 σ, dan hasilnya menempatkan batas atas yang signifikan secara ilmiah pada kelimpahan satelit besar. Proporsi planet dengan analog dari satelit Galilea tidak melebihi 0,38 pada tingkat kepercayaan 95%.
Tampaknya kekurangan satelit eksoplanet dalam hubungannya dengan satelit Jupiter cukup nyata. Penjelasan paling sederhana: populasi exoplanet besar dalam 1 AU. Artinya, untuk bintang sekelas Matahari, ini kemungkinan besar adalah pendatang dari daerah yang lebih jauh. Apa yang dilakukan dengan satelit planet selama migrasi? Mungkin saja mereka kehilangan stabilitas.
Akhirnya. Sebuah tim ilmuwan serius menyisir data satelit planet ekstrasurya Kepler. Apakah ini berarti bahwa topiknya telah habis dan tidak bersinar bagi siapa pun untuk menemukan sesuatu yang baru dalam data tentang exolun ini? Tidak ada yang seperti ini! Pertama, pekerjaan apa pun harus diulangi untuk verifikasi. Teman-teman saya memeriksa ulang data teleskop gelombang mikro WMAP, yang tampaknya dicek ulang ke lubangnya, dan menemukan artefak yang jelas, yang kemudian harus dikoreksi. Kedua, ini adalah sejumlah besar pekerjaan yang berada di luar kekuatan satu tim. Oleh karena itu, saya ingin mendorong relawan: datanya terbuka, hanya materi abu-abu yang dibutuhkan, yang masih tersedia di Rusia.
Boris Stern
