Вчені обговорюють існування перших супутників, які можна побачити за межами нашої Сонячної системи

Астрономи завжди знали, що виявлення супутників навколо планет за межами Сонячної системи буде незначним подвигом, але дебати, які зараз точаться в планетознавчих колах, показують, наскільки важко буде виявити ці так звані екзомісяці. 

Історія починається у 2018 році, коли астрономи, включаючи Девіда Кіппінга, доцента астрономії Колумбійського університету, вважали, що вони вперше виявили екзомісяць. Об’єкт був знайдений навколо екзопланети Кеплер-1625b, схожого на Юпітер світу, розташованого приблизно за 8000 світлових років від Землі. Спочатку його помітили за допомогою космічного телескопа Кеплер. 

Після передбачуваного відкриття супутник Kepler-1625b був вдало названий «Kepler-1625 b I». Пізніше це, мабуть, було додатково підтверджено даними космічного телескопа Хаббла. Потім, у 2022 році, інша команда, включно з Кіппінгом, здається, виявила другий екзомісяць, цього разу лише за допомогою космічного телескопа Kepler. Передбачається, що цей об’єкт був помічений на орбіті Kepler-1708 b, газового гіганта, розташованого приблизно в 5400 світлових роках від Землі з масою, що в 4,6 раза перевищує масу  Юпітера. Потенційний другий екзомісяць мав схожу назву з першим; він отримав позначення «Kepler-1708 b I».

Ці два супутники були схожі ні на що в Сонячній системі. Наприклад, вони обидва мали розміри, більші за розміри Землі, що робило їх схожими за масштабом на клас екзопланет під назвою «міні-Нептуни». У цьому відношенні перші екзомісяці, здавалося, відображають деякі з перших відкриттів екзопланет, які включали речі, які вчені не очікували побачити, як-от світи розміром з Юпітер, притиснуті до своїх зірок, і планети, що обертаються навколо швидко обертових нейтронних зірок, які називаються пульсарами.

Незважаючи на те, що першовідкривачі Kepler-1625 b I і Kepler-1708 b I — назвемо їх «командою проекзомісяців» — зберігали відкритість щодо існування супутників і донині висловлювали здоровий скептицизм, це здавалося неймовірно впевненим. людство знайшло свої перші екзомісяці після десятиліть пошуку лише екзопланет.

Це тривало до кінця 2023 року, коли окрема команда астрономів під керівництвом вченого Інституту Макса Планка з дослідження сонячної системи Рене Хеллера — якщо хочете, «команда без екзомісяця» — поставила під сумнів відкриття обох екзомісяців у статті, опублікованій у журналі Nature Astronomy . . 

Кіппінг і його колеги тепер дали відповідь, підготувавши дослідницьку статтю, яка з’являється в препринтній версії сховища паперів arXiv, і захищаючи свої відкриття щодо екзомісяця.

«Я вважаю, що Kepler-1625b і Kepler-1708b є цілком дійсними кандидатами на екзомісяць, і я думаю, що ми це переконливо показали», — сказав Кіппінг Space.com. «То що, я думаю, відбувається насправді, і чому вони не отримали Місяць?»

Невідповідність екзомісяця

Техніка, яка використовується для виявлення цих двох екзопланет, подібна до методу транзиту, за допомогою якого на сьогоднішній день представлено більш ніж 5000 планет у каталозі екзопланет.

Метод транзиту залежить від виявлення крихітного проміжку світла, що надходить від батьківської зірки планети, створеного, коли цей світ перетинає або «проходить» обличчя цієї зірки з нашої точки зору у космосі. Той самий принцип застосовується до екзомісяців, хоча й у значно меншому масштабі. Якщо ці супутники знаходяться в правильному положенні навколо планети, на якій вони обертаються, коли ця планета проходить через свою зірку, це також має спричинити зниження світла, хоча й більш незначне. 

Однак такий міні-провал є підказкою, яка припускає існування Kepler-1625 b I і Kepler-1708 b I для команди проекзомісяця. Проте, оскільки цей провал у світловіддачі, спричинений транзитом екзомісяця, настільки незначний, його неможливо побачити безпосередньо. Натомість потрібні потужні алгоритми обчислювального програмного забезпечення, щоб отримати його з даних телескопа.

Кіппінг каже, що його команда «проекзомісяць» і команда Геллера «без екзомісяця» використовували ті самі дані з тих самих телескопів, але зникнення Kepler-1625 b I і Kepler-1708 b I могло бути пов’язано з тим, як команди обробив ці дані за допомогою використаних алгоритмів.

Кіппінг сказав Space.com, що команда «no-exomoon» могла пропустити Kepler-1708 b I через програмне забезпечення, яке вони обрали для аналізу даних телескопів Hubble і Kepler. Хоча програмне забезпечення пов’язане з тим, яке використовували він і команда «проекзомісяць», воно все ж дещо відрізняється.

«Програмні пакети, які ми використовували, є майже близнюками один одного. Їхній пакет набагато новіший. Він існує лише пару років, тоді як той, який ми використовуємо, існує близько десяти років, а може, й довше», — пояснив Кіпінг. «Правдивою відповіддю є те, що їхній алгоритм не може знайти Місяць. Не те що Місяця немає в їхніх даних».

Кіппінг також припускає, що команда «no-exomoon» використовувала своє програмне забезпечення, яке зазвичай є дуже надійним, поза режимом за замовчуванням, а скоріше в режимі, який чутливий до кількості кроків, які використовуються для обробки даних. Це може пояснити, чому екзомісяці були пропущені під час їх розрахунків. 

Для Kepler-1625 b I Хеллер і його команда «без екзомісяця» запропонували ефект, який називається «потемніння кінцівки зірки», що означає, що краї зірки темніші за її центр, що впливає на запропонований сигнал екзомісяця. Команда Хеллера стверджує, що потемніння лімба зірки насправді краще пояснює спостереження батьківської зірки, ніж потемніння, викликане наявністю екзомісяця.

Кіппінг стверджує, що це не є обґрунтованим аргументом проти кандидатів на екзомісяць, оскільки він і його команда «проекзомісячних» вже пояснили таке затемнення кінцівок, коли вони вперше запропонували існування Kepler-1625 b I. 

«Ми врахували потемніння кінцівок в оригінальному документі, тому це не те що ми облажалися і забули про це, — пояснив він. це не впливає на аргументи на користь екзомісяця».

Провідний дослідник групи розвінчання екзомісяця Рене Геллер переглянув звіт від Кіппінга та команди, але не переконаний у тому, що Kepler-1625 b I і Kepler-1708 b I існують. 

«Я не бачу в статті нічого нового, що змінило б мою думку про те, що Kepler-1625b і Kepler-1708b є планетами без великих супутників. Їхня нова стаття в основному розповідає про нашу роботу та намагається знайти слабкі місця в наших міркуваннях. Це природний і дуже бажаний процес у сучасній науці, хоча в цьому випадку я не бачу жодного значного прогресу», — сказав Геллер Space.com. «Я спростовую ідею спростовувати їхнє спростування нашого спростування їхніх претензій. Я думаю, що дебати залишаються невирішеними, і це нормально. Рухаємося далі!»

Геллер і Кіппінг згодні з ідеєю рухатися далі — принаймні на цей час.

Kepler-1625 b I і Kepler-1708 b занадто «дивні»?

Вся причина, по якій ці екзомісяці з’явилися під час транзиту, полягає в тому, що це величезні тіла розміром з міні-Нептун, які можуть мати діаметри від 1,6 до 4 разів більші, ніж у Землі. Якщо вони там, то величезні. 

Кіппінг вважає, що це частина того, що може зробити їх надто незвичайними, щоб широко визнати їх першими відкриттями екзомісяця.

«Я думаю, що є багато підозр щодо Kepler-1625 b I і Kepler-1708 b I, тому що вони обидва дивні. Вони обидва схожі на ці міні-супутники Нептуна, правда? І всі запитують: «Хто замовив це? Як Всесвіт створює такі химерні речі?», — сказав він. «І тоді ця суперечка зовсім не допомагає. Зараз вони занадто пошкоджені».

Зараз Кіппінг має намір використовувати космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) для пошуку екзомісяців, які є ближчими до супутників, які ми бачимо в Сонячній системі. 

«Моя стратегія, і, можливо, це неправильна стратегія: давайте подивимося, чи зможемо ми отримати кілька знайомих супутників за допомогою JWST, аналогів супутників, які ми маємо на нашому сонячному задньому дворі, як-от Іо та Європа», — сказав він. «Сподіваюся, це зміцнить впевненість у тому, що ми бачили ці екзомісяці тоді, і що вони були справді цікавими, і ми повинні повернутися і подивитися на них знову».

Кіппінг дуже чітко каже, що розбіжності між висновками команди не позначаються погано на жодній групі вчених, незалежно від остаточної відповіді, «екзомісяць» чи «без екзомісяця». Натомість він просто показує, наскільки складним буде виявлення супутників навколо планет за межами Сонячної системи, доки не буде досягнуто значних успіхів у технології телескопів.

«Це дуже складна робота, і я б не став прикидатися інакше. Шукаючи екзомісяці, ми шукаємо сигнал, який жоден із цих телескопів не створений для виявлення», — сказав він. «Ми думаємо, що можемо витягнути з них таку науку. Але це підштовхує ці інструменти, особливо «Кеплер» і «Хаббл», до самого краю того, що вони здатні робити.

«Тож рішення, які ви приймаєте, і вибір, який ви робите, як, які алгоритми ви використовуєте, як ви обробляєте дані, це може зробити різницю між успіхом і невдачею».

Кіппінг вважає, що ця розбіжність між двома командами дає вченим, які займаються пошуком екзомісяця, можливість порівняти методи та знайти найкращий підхід для полювання на ці крихітні віддалені тіла.  Сподіваємось, удосконалений метод виявлення екзомісяця може одного разу призвести до того, що ці дві групи талановитих і пристрасних вчених об’єднаються для виявлення екзомісяця, щодо якого вони зможуть погодитися.