Экзолуны являются актуальной темой в научном сообществе, поскольку ни один из них не был подтвержден, и астрономы находят новые творческие способы их идентификации. Но в то время как астрономы искали экзолуны, вращающиеся вокруг одиночных звезд, таких как наше Солнце, могут ли экзолуны существовать вокруг экзопланет, вращающихся вокруг двойных звезд?
Именно на это направлено недавнее исследование, опубликованное в Astrophysical Journal, в котором группа исследователей из Университета Тафтса исследовала статистическую вероятность того, что экзолуны вращаются вокруг экзопланет с двумя звездами, также известных как околоземные планеты (CBP). Это исследование, доступное на сервере препринтов arXiv, потенциально может помочь исследователям лучше понять методы, необходимые для идентификации экзолун в различных экзопланетных системах.
В этой статье Universe Today обсуждает это невероятное исследование с Бенджамином Р. Гордоном, магистрантом факультета астрофизики Университета Тафтса и ведущим автором исследования, о мотивации исследования, значимых результатах, потенциальных последующих исследованиях, важности поиска экзолун, вращающихся вокруг CBP, и о том, какие известные системы являются ли они наиболее перспективными для идентификации экзолун? Итак, какова была мотивация этого исследования?
Гордон рассказывает изданию Universe Today: "Вначале мы руководствовались несколькими идеями, но самым большим источником вдохновения для меня стала идея о том, что считается, что околоземные планеты находятся на большем минимальном расстоянии, чем планеты с одиночными звездами, а это означает, что в пределах "обитаемой зоны", скорее всего, будет находиться больше околоземных планет.
Таким образом, любой из спутников этих околоземных планет может обладать потенциалом для формирования жизни, поскольку они могут быть похожи по размеру на Землю, если планета очень большая. Это не тривиальный вопрос - будут ли стабильны спутники в этих хаотических системах из двух звезд и планеты, поэтому нам не терпелось найти ответ!"
Для проведения исследования исследователи использовали компьютерные модели, чтобы смоделировать, как экзолуны могут вращаться вокруг CBPS в различных условиях экзопланетной системы, в частности, так называемый радиус холма планеты, который является пороговым значением для обращения вокруг них экзолунных спутников.
Исследователи провели моделирование двух популяций CBP и экзолун: популяция 1, которая имела неограниченный радиус планеты, чтобы иметь экзолуны; и популяция 2, которая имела радиус планеты, в 3 раза превышающий земной, и размер соответствующей экзопланеты, которые были идентифицированы как все газовые гиганты, вращающиеся вокруг двойных звезд.
Затем исследователи провели 390 компьютерных симуляций планет с населением 1 и 484 компьютерных моделирования планет с населением 2. Итак, каковы были наиболее значимые результаты исследования?
"Один из главных выводов заключается в том, что существует часть пространства параметров начальных условий нашей системы, которая всегда приводит к стабильным экзолунам околоземных планет", - говорит Гордон в интервью Universe Today. "Мы также обнаружили, что 30-40% стабильных спутников находятся в обитаемой зоне, что является очень значительной долей. Мы также показываем, что сценарий миграции по диску для системы планета-Луна является возможным путем формирования долгопериодических планет, а также объектов планетарной массы, которые свободно перемещаются в космосе".
Цель поиска экзопланет - найти мир, похожий на Землю, размер которого, расстояние от его звезды и состав атмосферы могли бы обеспечить подходящие условия для поддержания жизни в том виде, в каком мы ее знаем. К сожалению, из 5806 подтвержденных экзопланет только 210 являются каменистыми мирами, подобными нашей собственной, причем более половины из этих подтвержденных экзопланет являются газовыми гигантами.
Таким образом, идентификация экзолун, вращающихся вокруг CBP в пределах обитаемой зоны их звезды, может быть перспективной для потенциальной идентификации экзолун размером с Землю, вращающихся вокруг газовых гигантов, превышающих по размеру Юпитер. Итак, какие последующие исследования в настоящее время проводятся и что Гордон думает о важности потенциального поиска экзолун, вращающихся вокруг CBP?
"Было бы интересно исследовать стабильность этих лун, включая влияние наклона и многопланетных систем", - говорит Гордон в интервью Universe Today. "Я также надеюсь подать заявку на участие в будущих миссиях, таких как римский телескоп Нэнси Грейс, для изучения околоземных систем, подобных тем, которые мы наблюдаем в наших симуляциях со стабильными экзолунами.
"В настоящее время подтвержденных экзолун не обнаружено, поэтому было бы замечательно найти хотя бы один из них в целом! Если мы обнаружим один из них, вращающийся вокруг околоземной планеты, это может стать отличным кандидатом для дальнейших поисков жизни с помощью JWST".
Как уже отмечалось, существование экзолун не было подтверждено, но в настоящее время существует почти два десятка кандидатов в экзолуны, причем два из них недавно были опровергнуты из-за данных о транзите экзопланет, но эти выводы были впоследствии опровергнуты всего несколько месяцев спустя как вероятные кандидаты (Kepler 1625b и Kepler 1708b), а также два потенциально вулканических происхождения. -активные экзолуны, каждая из которых вращается вокруг "горячего Юпитера" (WASP-49b и HD 189733b).
Из этих четырех HD 189733b находится в двойной звездной системе, где первичная звезда, предположительно, является оранжевым карликом, вокруг которого вращается HD 189733b, а вторичная звезда, предположительно, является красным карликом.
В связи с этим возникает вопрос, что можно сказать о пригодных для жизни экзолунах, поскольку несколько лун в нашей Солнечной системе содержат строительные блоки для жизни в том виде, в каком мы ее знаем, в частности Европа, Титан и Энцелад, и все они вращаются вокруг газовых гигантов, хотя и далеко за пределами обитаемой зоны нашего Солнца.
Если подобные миры существуют в нашей солнечной системе, то подобные экзолуны могут вращаться вокруг газовых гигантов и в других солнечных системах. Тогда возникает вопрос: можем ли мы обнаружить экзолуны, вращающиеся в пределах соответствующей обитаемой зоны их звезды? Например, может ли газовый гигант, вращающийся в пределах обитаемой зоны своей звезды, обладать экзолунами, подобными Земле? Итак, по словам Гордона, какие известные системы являются наиболее перспективными для выявления экзолунов?
"На мой взгляд, я действительно считаю, что проще всего подтвердить существование экзолуны в одиночных звездных системах", - говорит Гордон в интервью Universe Today. "Это связано с тем, что данные, используемые для различных предлагаемых методов обнаружения, гораздо сложнее для двойных систем, чем для одиночных звезд, поскольку дополнительная звезда является еще одним источником динамических взаимодействий. Например, уже существует проблема с поиском околоземных планет с использованием метода транзита, поскольку транзиты не складываются по фазе из-за изменений во времени прохождения из-за взаимодействия с двойной планетой."
Гордон продолжает, рассказывая Universe Today: "Попытка найти луну на кривой блеска околоземной планеты еще больше усложнила бы задачу, в то время как кривая блеска экзопланеты с одной звездой обеспечила бы более четкую отправную точку, где уже были обнаружены все кандидаты (Kepler-1625b и Kepler-1708b). Наши исследования показывают, что для окололунных экзолун лучше всего искать в системах, которые имеют большое двойное разделение, поскольку стабильные спутники могут вращаться на расстоянии до 10% радиуса орбиты своей планеты (для сравнения, орбита нашей Луны составляет около 26% радиуса орбиты Земли)."
Поскольку астрономы продолжают исследовать небеса в поисках окончательных свидетельств того, что экзолуна потенциально вращается вокруг экзопланеты или CBP, технологии и приемы, используемые для поиска экзолун, в будущем будут только совершенствоваться, в частности, благодаря вышеупомянутому римскому телескопу Нэнси Грейс (обычно называемому Roman), запуск которого запланирован на осень 2026 года - май 2027 года.
Наряду с поиском экзопланет с использованием метода гравитационного микролинзирования, Роман также будет изучать космические структуры, темную энергию, общую теорию относительности и кривизну пространства-времени, находясь на орбите Солнце–Земля L2, которая расположена на противоположной стороне орбиты Земли от Солнца.
