En kunstners billede af en jordlignende eksomon, der kredser rundt en gasgigant planet.
(Billede: © NASA / JPL-Caltech)
Sidste sommer meddelte videnskabsmænd, at de havde fundet, hvad der kunne være den første måne, der blev opdaget uden for solsystemet. Men ny forskning i den formodede månes udvikling sætter spørgsmålstegn ved dens eksistens.
Hvis den findes, er månen sandsynligvis en stor objekt i Neptun-størrelse, der kredser om en endnu større gasgigantplanet. Men det uhåndterlige system belaster forståelsen af, hvordan det kan have dannet sig, har forskere sagt.
I juli 2017 meddelte forskere modvilligt den mulige opdagelse af en eksomoon. En kandidatplanet identificeret ved NASAs Kepler-teleskop afslørede skævheder i lyset, der strømmer fra planetens stjerne, hvilket antyder muligheden for en måne. Efter at exomoon-jægeren David Kipping fra Columbia University i New York bad om tid på Hubble-rumteleskopet til at følge op på den usædvanlige aktivitet, undersøgte forskellige medier forskningen. Dette førte til, at Kipping og Columbia's Alex Teachey, den førende videnskabsmand på den potentielle opdagelse, annoncerede muligheden for den første observation af en eksomon.
René Heller, en astrofysiker ved Max Planck Institute i Tyskland, benyttede lejligheden til uafhængigt at analysere Kepler-dataene. Ud over at drille et størrelsesområde for den potentielle måne, Kepler 1625 b-i, udforskede han også dens mulige dannelsesmetoder. [De mest spændende Alien Planet-opdagelser i 2017]
"Det viser sig, at Kepler 1625 b-i faktisk ikke er en god kandidat til en eksomoon," fortalte Heller via e-mail til Space.com og påpegede, at det oprindelige forskerteam sagde, at Kepler-dataene alene var tvetydige. (Derfor planlagde de at følge op ved hjælp af Hubble-rumteleskopet.) En stor del af problemet stammer fra det faktum, at forældrestjernen er så langt fra Jorden, at den ser svag ud, hvilket resulterer i dårlig datakvalitet, sagde Heller.
"Hovedpunkterne er, at Kepler 1625 b-i er en af de bedste exomoon-kandidater indtil videre, men det er stadig ikke en god kandidat," sagde Heller.
"Et lille solsystem"
I Jordens solsystem er måner temmelig almindelige; kun Merkur og Venus har ingen stenede eller iskolde satellitter. Mens de fleste af vores solsystemets måner er uvurderlige for livet, som vi kender det, er tre potentielt beboelige. Jupiters Europa indeholder et flydende hav under månens iskolde skorpe. Omkring Saturn er den iskaldte måne Enceladus også vært for et hav, mens den røgfri Titan har søer af metan og etan, der kunne have givet mulighed for at danne en anden type liv end den på Jorden. Så solsystemets eneste beboelige planet (Jorden) er antallet af systemets potentielt beboelige måner.
Det kan betyde gode nyheder for dem, der leder efter livet på måner omkring andre stjerner. Selvom få planeter er i stand til at være vært for livet, som vi kender det, kunne deres måner vise sig at være beboelige, sagde Heller.
"På den udfordrende side forventes måner at være betydeligt mindre og lettere end deres planeter," sagde Heller. "Det er simpelthen det, vi lærer af observationer af solsystemets måner."
Fordi genstande med en større masse eller radius er lettere at finde langtfra, det være sig planeter eller måner, hvilket gør naturlige satellitter sværere at få øje på, sagde Heller.
Når Kepler jager planeter, gør det det ved at se lyset strømme fra en stjerne i det, som forskere kalder en lyskurve. (Kepler studerede ikke en stjerne ad gangen, men undersøgte i stedet tusinder af stjerner på én gang.) Når en planet bevæger sig mellem sin stjerne og Jorden, dimmes stjernens lys, hvilket giver forskere mulighed for at bestemme planetens størrelse. Forskere observerer flere gennemløb for at bestemme, hvor lang tid det tager planeten at kredse rundt om sin stjerne.
Hvad de originale forskere bemærkede om et objekt, Kepler 1625 b, var, at det indeholdt en underlig sekundær dukkert. Heller brugte det offentligt tilgængelige datasæt fra Kepler til at undersøge tre transitter af et objekt af Jupiter-størrelse, der bevæger sig over stjernen, sammen med nogle vingler, der kunne have været forårsaget af en måne, der kredsede om objektet.
"Hvis, og kun hvis, disse yderligere vigsler virkelig stammer fra månen, er det muligt at udlede massen og radius for både planeten og månen fra dynamikken i planetmånesystemet, der kan udledes fra lyskurven , ”Sagde Heller.
Heller bestemte, at den massive genstand kunne være alt fra en planet lidt mere massiv end Saturn op til en brun dværg, en næsten-stjerne, der ikke er helt massiv nok til at antænde fusion i sin kerne, eller endda en meget lavmasse-stjerne (VLMS), en tiendedel af solens masse. Den foreslåede måne kunne variere fra en jordmassesatellit til en sten-og-vand-ledsager uden atmosfære.
Heller konkluderede, at en eksamon af Neptunmasse omkring en gigantisk planet eller en lavmasse brun dværg ikke ville matche det masseskaleringsforhold, der findes i vores solsystemets måner. Mens Jorden og Pluto begge har store måner sammenlignet med planetenes størrelser, har solsystemets gasgiganter måner tættere på 0,01 til 0,03 procent af planetenes størrelser, ifølge Planetary Habitability Laboratory på University of Puerto Rico.
Tidligere teorier forudsagde, at dette forhold skulle udvides til større verdener, og det syntes at udelukke eksistensen af den potentielle eksomon. På den anden side ville en mini-Neptun omkring en højmasse brun dværg eller en VLMS være mere i overensstemmelse med dette forhold, sagde Heller. [Hvad er månen lavet af?]
”Hvis det primære transiterende objekt er en meget lavmastet stjerne, og hvis dens ledsager af Neptunstørrelse viser sig at eksistere, ville vi se et lille solsystem i kredsløb omkring en sollignende stjerne omkring Jordens afstand til solen . Dette ville være noget på egen hånd! " Sagde Heller.
Selv uden potentialet for en beboelig eksomon kunne det lille solsystem hjælpe forskere med at forstå, hvordan verdener dannes, sagde han.
"Hvis det primære [objekt] enten var en [brun dværg] eller en VLMS med en stor ledsager, ville dette repræsentere en fascinerende bro mellem planetdannelse omkring stjerner og månedannelse omkring kæmpe planeter," sagde Heller.
Heller offentliggjorde sin forskning på arXiv-fortryksserveren.
Månens fødsel
Med skøn over månen og planeten - eller stjernen - i hånden, besluttede Heller at se på, hvordan månen kunne have dannet sig.
”Månerne i solsystemet tjener som sporstoffer for deres værtsplanets dannelse og udvikling,” sagde han i det nye papir. "Det kan således forventes, at opdagelsen af måner omkring ekstrasolære planeter kunne give grundlæggende ny indsigt i dannelsen og udviklingen af eksoplaneter, som ikke kan opnås ved eksoplanetobservationer alene."
Med dette i tankerne anvendte Heller de tre forskellige modeller af månedannelse i solsystemet til den nye potentielle eksomon.
Først op var påvirkningsmodellen, der beskriver, hvordan forskere mener, at Jordens måne dannede sig. Da en stor krop smækkede ned på Jorden for milliarder af år siden, skabte resterne udskåret fra planeten en ny ledsager. Ifølge Heller er et specielt kendetegn ved denne model det høje størrelsesforhold mellem satellitter og planeterne. Mens den store størrelse af den foreslåede måne sammenlignet med dens vært ville være i overensstemmelse med en indvirkning, udtrykte han bekymring for, at massen af værtsplaneten eller stjernen var langt højere end for enhver planet i Jordens solsystem.
I den anden model for månedannelse udvikler de sig fra den gas og støv, der er tilbage, efter at planeten er født, og det er sådan, at de fleste af gasgigantenes måner menes at have dannet sig. Det masseskaleringsforhold, der holder månerne så meget mindre end deres planeter, er et naturligt resultat af månedannelse, der forekommer i det gas-udsultede miljø omkring en afsluttet planet, skrev Heller i papiret. Det samme forhold gør denne dannelsesmetode usandsynlig, sagde han.
"Hvis ledsageren omkring Kepler 1625 b kan bekræftes, og begge genstande kan valideres som gasgigantobjekter, ville det være svært at forstå, hvordan disse to gasplaneter muligvis kunne have dannet sig enten ved en kæmpeindvirkning eller in-situ akkretion ved deres nuværende kredsløb omkring stjernen, ”skrev Heller.
Den resterende mulighed er, at den fjerne verden fangede et objekt i Neptun-størrelse. Neptuns måne, Triton og begge Marsmåner menes at have dannet sig på denne måde. Exomoon kunne oprindeligt have dannet sig med en ledsager af jordstørrelse, før den blev trukket væk fra den af tyngdekraften af den større genstand, sagde Heller. Han bestemte, at indfangning af en Neptun-masse-objekt af Kepler 1625 b er mulig på planetens nuværende placering.
Selvom en sådan indfangning principielt er mulig, fortalte Heller til Space.com, at han synes scenariet er "meget usandsynligt."
Og selvom forskere i øjeblikket holder fast ved de tre forskellige månedannelsesscenarier for planeter omkring Jordens sol, betyder det ikke, at naturlige satellitter ikke kunne danne en anden måde, sagde Heller.
"Det er muligt, at dette system faktisk dannedes gennem en mekanisme, som vi ikke har set i solsystemet," sagde Heller.
Han foreslog en alternativ teori, der ligner den i form af kæmpe-planet, hvor de to objekter startede som et binært system med klippestruder. Parret kunne have trukket gas fra disken med resterende materiale, ligesom den proces, som kæmpe planeter danner, med den fremtidige planet, der forbruger mere gas end dens måne. Han advarede om, at dette var spekulation, og at de to genstande måske ikke var stabile over lange tidsskalaer.
Stadigvis, hvis Neptune-størrelseseksemplet omkring Kepler 1625 b er reelt, kunne det nye system give et spændende glimt af månedannelse uden for solsystemet, sagde Heller.
Kepler-dataene er ikke den eneste tilgængelige forskning. I oktober kiggede Teachey og Kipping på systemet ved hjælp af Hubble. Resultaterne fra disse observationer skal snart meddeles.
Indtil da ser ting dog ikke godt ud for den potentielle eksomoon.
"Den ekstraordinære påstand om en exomoon understøttes ikke af ekstraordinære beviser for det," sagde Heller.
