Lige siden det blev udsendt i marts 2009, har Kepler-missionen opdaget tusinder af ekstrasolplanetkandidater. Faktisk mellem 2009 og 2012 opdagede det i alt 4.496 kandidater og bekræftede eksistensen af 2.337 exoplaneter. Selv efter at to af dets reaktionshjul mislykkedes, formåede rumfartøjet stadig med at skabe fjerntliggende planeter som en del af sin K2-mission, der tegner sig for yderligere 521 kandidater og bekræftede 157.
Ifølge en ny undersøgelse foretaget af et par undersøgelser fra Columbia University og en borgerforsker kan Kepler også også have fundet bevis for en ekstra-solmåne. Efter at have sigtet data fra hundreder af transitter, der blev opdaget ved Kepler-missionen, fandt forskerne et tilfælde, hvor en transiterende planet viste tegn på at have en satellit.
Deres undersøgelse - som for nylig blev offentliggjort online under titlen “HEK VI: On the Dearth of Galilean Analogs in Kepler and the Exomoon Candidate Kepler-1625b I” - blev ledet af Alex Teachey, en kandidatstuderende ved Columbia University og en kandidatforsker med National Science Foundation (NSF). Han blev sammen med David Kipping, en lektor i astronomi ved Columbia University og den primære efterforsker af projektet The Hunt for Exomoons with Kepler (HEK) -projektet, og Allan Schmitt, en borgerforsker.
I årevis har Dr. Kipping søgt i Kepler-databasen efter bevis på eksomoner som en del af HEK. Dette er ikke overraskende i betragtning af, hvilke muligheder der er for eksempler til videnskabelig forskning. I vores solsystem har undersøgelsen af naturlige satellitter afsløret vigtige ting om mekanismerne, der driver tidligt og sent planetdannelse, og måner besidder interessante geologiske træk, der ofte findes på andre kroppe.
Det er af denne grund, at det bliver nødvendigt at udvide denne forskning til jagt på exoplaneter. Allerede har eksoplanetjagtmissioner som Kepler vist et væld af planeter, der udfordrer konventionelle ideer om, hvordan planetdannelse og hvilke slags planeter er mulige. Det mest bemærkelsesværdige eksempel er gasgiganter, der har observeret kredsløb meget tæt på deres stjerner (også kaldet "Hot Jupiters").
Som sådan kunne undersøgelsen af eksomoner give værdifuld information om, hvilke slags satellitter der er mulige, og om vores egne måner er typiske eller ej. Som Teachey fortalte Space Magazine via e-mail:
”Eksempler kunne fortælle os meget om dannelsen af vores solsystem og andre stjernesystemer. Vi ser måner i vores solsystem, men er de almindelige andre steder? Vi har en tendens til at tro det, men vi kan ikke vide det helt sikkert, før vi rent faktisk ser dem. Men det er et vigtigt spørgsmål, fordi hvis vi finder ud af, at der ikke er så mange måner derude, antyder det måske, at der var noget usædvanligt, der foregik i vores solsystem i de tidlige dage, og det kan have store konsekvenser for, hvordan livet opstod på Jorden. Med andre ord, er vores solsystemes historie almindelig i hele galaksen, eller har vi en meget usædvanlig historie? Og hvad siger det om chancerne for, at der opstår liv her? Eksempler står for at give os ledetråde til at besvare disse spørgsmål. ”
Derudover menes mange måner i solsystemet - inklusive Europa, Ganymede, Enceladus og Titan - at være potentielt beboelige. Dette skyldes det faktum, at disse organer har en konstant forsyning af flygtige stoffer (såsom nitrogen, vand, kuldioxid, ammoniak, brint, metan og svovldioxid) og besidder interne opvarmningsmekanismer, der kan give den nødvendige energi til at drive biologiske processer.
Også her præsenterer undersøgelser af eksempler interessante muligheder, såsom hvorvidt de kan være beboelige eller endda jordlignende. Af disse og andre grunde ønsker astronomer at se, om de planeter, der er bekræftet i fjerne stjernesystemer, har systemer af måner, og hvordan forholdene ligner dem. Men som Teachey antydede, giver søgningen efter eksomoner en række udfordringer sammenlignet med eksoplanet-jagt:
”Måner er vanskelige at finde, fordi 1) vi forventer, at de er ret små det meste af tiden, hvilket betyder, at transportsignalet vil være ret svagt til at begynde med, og 2) hver gang en planet transiterer, vil månen dukke op i en anden placere. Dette gør dem vanskeligere at opdage i dataene, og modellering af transitbegivenheder er væsentligt mere beregningsdygtigt dyrt. Men vores arbejde udnytter månene, der dukker op forskellige steder ved at tage det gennemsnitlige signal over mange forskellige transitbegivenheder og endda på tværs af mange forskellige eksoplanetære systemer. Hvis månerne er der, vil de faktisk udskrive et signal på hver side af planeten transit over tid. Så er det et spørgsmål om at modellere dette signal og forstå, hvad det betyder med hensyn til månestørrelse og forekomst. ”
For at finde tegn på eksomoner søgte Teachey og hans kolleger gennem Kepler-databasen og analyserede transitterne af 284 exoplanet-kandidater foran deres respektive stjerner. Disse planeter varierede i størrelse fra at være jordlignende til Jupiterlignende i diameter og kredsede om deres stjerner i en afstand mellem ~ 0,1 og 1,0 AU. De modellerede derefter lyskurven for stjernerne ved hjælp af teknikkerne til fasefoldning og stabling.
Disse teknikker bruges ofte af astronomer, der overvåger stjerner for dips i lysstyrke, der er forårsaget af transitter af planeter (dvs. transitmetoden). Som Teachey forklarede, er processen temmelig ens:
”Grundlæggende skærer vi tidsseriedataene op i lige store stykker, hvor hvert stykke har en transit af planeten i midten. Og når vi stakler disse stykker sammen, er vi i stand til at få et klarere billede af, hvordan transit ser ud ... Ved månesøgningen gør vi stort set den samme ting, først nu ser vi på dataene uden for den største planetariske transit. Når vi stabler dataene, tager vi gennemsnitsværdierne for alle datapunkter inden for et bestemt tidsvindue, og hvis en måne er til stede, burde vi se noget manglende stjernelys der, som giver os mulighed for at udlede dens tilstedeværelse. ”
Hvad de fandt var en enkelt kandidat beliggende i Kepler-1625-systemet, en gul stjerne beliggende omkring 4000 lysår fra Jorden. Designated Kepler-1625B I, denne måne kredser om den store gasgigant, der er placeret inden for stjernens beboelige zone, er 5,9 til 11,67 gange Jordens størrelse og kredser om sin stjerne med en periode på 287,4 dage. Denne exomoon-kandidat vil, hvis den skulle bekræftes, være den første exomoon, der nogensinde er blevet opdaget
Holdets resultater (som venter på peer review) demonstrerede også, at store måner er en sjælden forekomst i de indre regioner i stjernesystemer (inden for 1 AU). Dette var noget af en overraskelse, skønt Teachey erkender, at det stemmer overens med det nylige teoretiske arbejde. I henhold til hvad nogle nylige studier antyder, kunne store planeter som Jupiter miste deres måner, når de vandrer indad.
Hvis dette skulle vise sig at være tilfældet, kunne det, lærer og hans kolleger var vidne til, ses som bevis på denne proces. Det kan også være en indikation af, at vores nuværende eksoplanet-jagtopgaver muligvis ikke er opgaven med at opdage eksomoner. I de kommende år forventes næste generations missioner at give mere detaljerede analyser af fjerne stjerner og deres planetariske systemer.
Som Teachey påpegede, kunne disse også være begrænsede med hensyn til hvad de kan opdage, og det kan i sidste ende være nødvendigt med nye strategier:
”Sjældenheden af måner i de indre regioner i disse stjernesystemer antyder, at individuelle måner vil forblive vanskelige at finde i Kepler-dataene, og kommende missioner som TESS, som skulle finde masser af meget korte periode-planeter, vil også have en vanskelig tid med at finde disse måner. Det er sandsynligvis månerne, som vi stadig forventer at være derude et eller andet sted, som bor i de ydre regioner af disse stjernesystemer, ligesom de gør i vores solsystem. Men disse regioner er meget vanskeligere at undersøge, så vi bliver nødt til at blive endnu mere kloge over, hvordan vi ser efter disse verdener med nuværende og nær fremtidige datasæt. ”
I mellemtiden kan vi helt sikkert glæde os over, at den første eksomoon ser ud til at være blevet opdaget. Mens disse resultater afventer peer review, vil bekræftelse af denne måne betyde yderligere forskningsmuligheder for Kepler-1625-systemet. At denne måne kredser i stjernens beboelige zone er også et interessant træk, skønt det ikke er sandsynligt, at månen selv er beboelig.
Stadigvis er muligheden for en beboelig måne, der kredser om en gasgigant, bestemt interessant. Lyder det som noget, der måske er kommet op i nogle science fiction-film?
