Открыта первая экзолуна?
Изображение гипотетической обитаемой луны Пандора из художественного фильма “Аватар“.
Среди всех программ 25 цикла выделяется программа с номером
15149. В ней говорится о долгожданном обнаружении вероятного кандидата в первую классическую луну у экзопланеты. Статистическая вероятность данного кандидата в экзолуны достаточно велика, чтобы попытаться подтвердить его на самом крупном оптическом космическом телескопе.
Исследования с целью обнаружения спутников у экзопланет имеют длительную историю. Тут можно вспомнить
попытки назвать экзолунами открытые спутники у коричневых карликов и
попытки приписать различные шумы к экзолунам горячих юпитеров и т.д. Сложность данной задачи хорошо иллюстрируют недавние
расчеты, в которых показывается, что транзит Луны будет создавать фотометрический сигнал в звездной фотометрии с глубиной всего в 6.6 ppm (частей на миллион). В связи с этим достоверное обнаружение системы Земля-Луна невозможно даже для будущего космического телескопа Платон (у звезды 12-ой величины фотометрический шум этого телескопа за 6 лет наблюдений будет равен 16 и 29 ppm в случае тихого и шумного сценария звезды солнечного типа).
Факт того, что
экзолуны являются распространенным явлением во Вселенной получил ещё Михаил Хипке в 2015 году. Он исходил из того, что экзолуны будут порождать характерный уклон в преддверии (а также после) главного транзита в фотометрии транзитных экзопланет:
В связи с этим Хипке была получена усредненная фазовая кривая из 2328 фазовых кривых 4-летней фотометрии транзитных планет. 2328 фазовых кривых были отобраны из фотометрии 821 подтвержденных (на тот момент – сейчас их число
достигло 2335) транзитных экзопланет и 3359 кандидатов в экзопланеты по принципу минимизации инструментального шума в фотометрии. Усредненная фазовая кривая действительно показала наличие подобного уклона для планет с периодами обращения в несколько десятков суток:
Тот факт, что данная особенность не наблюдалась у более короткопериодичных планет, говорит о том, что обнаруженный уклон не связан со сменой фаз самой планеты.
Глубина обнаруженного уклона составила 6±2ppm, что дало возможность посчитать средний суммарный размер лун у экзопланет звезд солнечного типа (средний радиус звезд в исследуемой выборе составил 1.24 радиусов Солнца) с периодами обращения в несколько десятков суток. Эта величина составила немного больше 4 тысяч км, что сравнимо с Ганимедом – крупнейшей луной в Солнечной Системе. Похожее
исследование нашло средний размер троянцев (в 4 и 5 точке либрации) в 460 км.
Кроме того Хипке получил несколько
кандидатов в экзолуны, где обнаруженный уклон является наиболее статистически значимым для отдельных фазовых кривых экзопланет, но их достоверность по причине нахождения у экзопланет с очень небольшими периодами является сомнительной.
М. Хипке в своей работе акцентировал внимание на транзитных планетах с периодами обращения меньше 80 суток по нескольким причинам:
1) У подобных планет наблюдается большое количество транзитов в 4-х летней фотометрии телескопа Кеплер
2) Подобных планет известно значительно больше, чем планет с более длительными периодами обращения (с ростом периода обращения планеты растет зона стабильности для существования экзолун)
3) Другой проект HEK начал поиск экзолун в первую очередь у наиболее долгопериодических планет задолго до исследования Хипке. В настоящее время в транзитной фотометрии Кеплера
обнаружены транзитные планеты с периодами обращения до нескольких тысяч суток.
Проект HEK (Hunt for Exomoons with Kepler)
начал поиски экзолун под руководством
Дэвида Киппинга в 2012 году. В ходе анализа проводился поиск по всем возможным орбитам экзолун для каждой звезды с долгопериодической транзитной планетой. Анализ фотометрии каждой звезды занимал около 4 лет однопроцессорных вычислений на компьютере (имеющиеся вычислительные возможности проекта позволяли проверять по 100 систем в год). В 2015 году были
подведены итоги поисков для 57 транзитных планет. В опубликованной выборке 2015 года отсутствовали
обнаружения самих экзолун. Вероятность обнаружения системы подобной Плутон-Харон (соотношение масс составляет 1 к 9) в этой выборке была равна 40%, а для системы подобной Земля-Луна (соотношение масс составляло 1 к 81) снижалась до 1/8. В абсолютных величинах чувствительность поисков для отдельных систем достигала 1.7 массы Ганимеда, а вероятность обнаружения экзолуны с массой в 0.3 массы Земли составляла ¼.
В работе 2015 года говорилось о наличии у проекта нескольких интересных случаев возможных экзолун, которые требуются более тщательного анализа. На конференции ESS-III (Экстремальные солнечные системы III) в конце 2015 года было сказано о том, что после проверки 400 систем к следующей конференции ESS (в 2018 году) ожидается найти первые экзолуны.
И вот теперь в свежей наблюдательной
программе Хаббла в 25 цикле говорится об обнаружении проектом HEK кандидата в экзолуну с большой статистической достоверностью >4 сигм в системе Kepler-1625b (K05084.01). В программе уточняется, что экзолуна вызывает небольшие провалы в блеске звезды вблизи трех главных затмений планеты. По всей видимости, данный кандидат был обнаружен сравнительно недавно. Это следует из позднего номера планеты по каталогам Kepler и KOI. Кроме того, из-за попадания планетной системы на поле зрения, вышедшей из строя ПЗС-матрицы, в 4-летней фотометрии телескопа удалось
зарегистрировать только 3 транзита (при периоде обращения планеты Kepler-1625b в 287 суток):
Транзит планеты длится около 20 часов при глубине в 0.4%:
Звезда системы является звездой солнечного типа с яркостью Kp=15.76 (одна из самых тусклых звезд, которые наблюдал телескоп Кеплер). Диаметр планеты похож на наш Сатурн (5-7 радиусов Земли).
Телескоп Хаббл в 25 цикле проведет наблюдения следующего транзита планеты 29 октября 2017 года с длительностью наблюдений в 26 орбит (39 часов), чтобы попытаться обнаружить и транзит экзолуны. Учитывая то, что площадь зеркала Хаббла почти в (2.4/0.95)^2=6 раз больше, чем у телескопа Кеплер, то возлагаются надежды, что экзолуна будет зарегистрирована на большом статистическом уровне доверия. Для наблюдений будет использоваться инфракрасная камера WFC3 (Wide Field Camera 3) с целью возможности спектроскопии планеты и её экзолуны по отдельности.
Тем самым наблюдения Хаббла, которые состоятся через 4 месяца, могут подтвердить крупное открытие в астрономии – первое достоверное обнаружение луны за пределами Солнечной Системы.
Изначально ожидалось, что миссия телескопа Кеплер кроме открытия первых экзолун сможет обнаружить и первые аналоги Земли у звезд солнечного типа. Недавняя
публикация финального каталога планетных кандидатов завершила работу по поиску планетных кандидатов в фотометрии 4-летней миссии. Среди 4400 планетных кандидатов у 3400 звезд найдено около 13 кандидатов в районе зон обитаемости звезд солнечного типа с размером близким к радиусу Земли. Ожидается, что лишь половина из этих кандидатов может быть реальными планетами.
Поэтому ещё в 2004 году
планировалось использовать космический телескоп Хаббл для проверки этих кандидатов с его более высокой точностью фотометрии. В 25 цикле, наконец, начнутся первые пилотные
наблюдения по этому направлению. Вначале предлагается подтвердить реальность транзита подтвержденной планеты Кеплер-62f за 19 орбит телескопа (29 часов наблюдений). Для этой планеты с периодом обращения в 267 суток до сих пор наблюдалось только 3 транзита (SNR=12). Данные исследования позволят уточнить встречаемость землеподобных планет у солнцеподобных звезд.
Ответить с цитированием