En konstnärsbild av en jordliknande exomoon som kretsar runt en gasjätteplanet.
(Bild: © NASA / JPL-Caltech)
Förra sommaren meddelade forskare att de hade hittat vad som kunde vara den första månen som upptäcktes utanför solsystemet. Men ny forskning om den förmodade månens utveckling ifrågasätter dess existens.
Om den existerar är månen troligtvis ett stort objekt i Neptunstorlek som kretsar runt en ännu större gasjätteplanet. Men det besvärliga systemet anstränger förståelsen för hur det kan ha bildats, har forskare sagt.
I juli 2017 meddelade forskare motvilligt om en eventuell upptäckt av en exomoon. En kandidatplanet som identifierats av NASA: s Kepler-teleskop avslöjade ledsidiga dopp i ljuset som strömmar från planetens stjärna, vilket tyder på möjligheten till en måne. Efter att exomoon hunter David Kipping, från Columbia University i New York, begärde tid på Hubble Space Telescope för att följa upp den ovanliga verksamheten, undersökte olika medier forskningen. Detta ledde till att Kipping och colombias Alex Teachey, ledande forskare på den potentiella upptäckten, meddelade möjligheten att först se en exomoon.
René Heller, en astrofysiker vid Max Planck-institutet i Tyskland, tog chansen att självständigt analysera Kepler-uppgifterna. Förutom att reta ut ett storleksintervall för den potentiella månen, Kepler 1625 b-i, undersökte han också dess möjliga formationsmetoder. [De mest spännande främmande planetupptäckterna 2017]
"Det visar sig att Kepler 1625 b-i i själva verket inte är en bra kandidat för en exomoon," berättade Heller via e-post till Space.com och påpekade att den ursprungliga forskargruppen sa att Kepler-data enbart var tvetydiga. (Det var därför de planerade att följa upp med Hubble Space Telescope.) En stor del av problemet härrör från det faktum att moderstjärnan är så långt från jorden att den verkar svag, vilket resulterar i dålig datakvalitet, sade Heller.
"Slutsatsen är att Kepler 1625 b-i är en av de bästa exomoon-kandidaterna hittills, men det är fortfarande inte en bra kandidat," sade Heller.
"Ett litet solsystem"
I jordens solsystem är månar ganska vanliga; bara Merkurius och Venus har inga steniga eller isiga satelliter. Medan de flesta av våra solsystemets månar är omöjliga för livet som vi känner till det, är tre potentiellt bebodda. Jupiters Europa innehåller ett flytande hav under månens isiga skorpa. Runt Saturn är den iskalla månen Enceladus värd också ett hav, medan den smoggy Titan har sjöar av metan och etan som kunde ha gjort det möjligt att bilda en annan typ av liv än den på jorden. Så solsystemets enda bebodliga planet (jorden) är överträffad av systemets potentiellt bebodliga månar.
Det kan betyda goda nyheter för dem som söker liv på månar runt andra stjärnor. Även om få planeter är kapabla att vara värd för livet som vi känner det, kan deras månar visa sig vara bebodda, sade Heller.
"På den utmanande sidan förväntas månar vara betydligt mindre och lättare än deras planeter," sade Heller. "Det är helt enkelt vad vi lär oss av observationer av solsystemets månar."
Eftersom föremål med större massa eller radie är lättare att hitta på avstånd, vare sig det är planeter eller månar, vilket gör naturliga satelliter svårare att upptäcka, sade Heller.
När Kepler jakter planeter gör det det genom att se ljuset strömma från en stjärna i det som forskarna kallar en ljuskurva. (Kepler studerade inte en stjärna i taget utan undersökte istället tusentals stjärnor på en gång.) När en planet rör sig mellan sin stjärna och jorden, dimmas stjärnans ljus, vilket gör det möjligt för forskare att bestämma planetens storlek. Forskare observerar flera passeringar för att avgöra hur lång tid det tar planeten att kretsa runt sin stjärna.
Vad de ursprungliga forskarna märkte om ett objekt, Kepler 1625 b, var att det innehöll ett konstigt sekundärt dopp. Heller använde den offentligt tillgängliga datamängden från Kepler för att studera tre transiter av ett objekt av Jupiter-storlek som rör sig över stjärnan, tillsammans med några vridningar som kunde ha orsakats av en måne som kretsade kring objektet.
"Om, och bara om, dessa ytterligare vridningar verkligen härrör från månen, är det möjligt att härleda massan och radien för både planeten och månen från dynamiken i planetmånessystemet som kan härledas från ljuskurvan , Sa Heller.
Heller bestämde att det massiva objektet kan vara allt från en planet som var lite mer massiv än Saturn upp till en brun dvärg, en nästan-stjärna som inte är riktigt massiv nog för att antända fusion i sin kärna, eller till och med en mycket lågmassastjärna (VLMS) som är en tiondel solens massa. Den föreslagna månen kan sträcka sig från en jordmassasatellit till en berg-och-vatten-följeslagare utan atmosfär.
Heller drog slutsatsen att ett Neptunmassutflykt runt en jätteplanet eller en lågmassad brun dvärg inte skulle matcha det massskalningsförhållande som finns i våra solsystemets månar. Även om jorden och Pluto båda har stora månar jämfört med planeternas storlekar, har solsystemets gasjättar månar närmare 0,01 till 0,03 procent av planetsstorlekar, enligt planetary Habitability Laboratory vid University of Puerto Rico.
Tidigare teorier förutspådde att detta förhållande skulle sträcka sig till större världar, tycks utesluta existensen av det potentiella exomoon. Å andra sidan skulle en mini-Neptun runt en högmassad brun dvärg eller en VLMS vara mer i linje med det förhållandet, sade Heller. [Vad är månen gjord av?]
"Om det primära transiterande objektet är en mycket lågmassad stjärna och om dess följeslagare i Neptunstorlek visar sig verkligen existera, skulle vi se ett litet solsystem i bana runt en solliknande stjärna ungefär jordens avstånd till solen . Detta skulle vara något på egen hand! " Sa Heller.
Även utan potentialen för ett beboeligt exomoon, kan det lilla solsystemet hjälpa forskare att förstå hur världar bildas, sade han.
"Om det primära [objektet] var antingen en [brun dvärg] eller en VLMS med en stor följeslagare, så skulle detta representera en fascinerande bro mellan planetbildning runt stjärnor och månformning runt jätteplaneter," sade Heller.
Heller publicerade sin forskning på arXiv preprint-servern.
Månens födelse
Med uppskattningar av månen och planeten - eller stjärnan - i hand beslutade Heller att titta på hur månen kunde ha bildats.
"Månarna i solsystemet fungerar som spårare av deras värdplaneternas bildning och utveckling," sade han i det nya tidningen. "Det kan således förväntas att upptäckten av månar runt extrasolära planeter kan ge grundläggande ny insikt i bildandet och utvecklingen av exoplaneter som inte kan erhållas endast genom exoplanetobservationer."
Med detta i åtanke applicerade Heller de tre olika modellerna av månbildning i solsystemet till det nya potentiella exomoon.
Först upp var slagmodellen, som beskriver hur forskare tror att jordens måne bildades. När en stor kropp smällde in på jorden för miljarder år sedan skapade skräpet som ristats från planeten en ny följeslagare. Enligt Heller är ett speciellt kännetecken för denna modell det stora storleksförhållandet mellan satelliter och planeterna. Medan storleken på den föreslagna månen jämfört med dess värd skulle vara förenlig med en påverkan, uttryckte han oro över att värdplanetens eller stjärnans massa var mycket högre än för någon planet i jordens solsystem.
I den andra modellen för månbildning, utvecklas de från gasen och dammet som finns kvar efter planeten föddes, och det är så de flesta av gasjättens månar tros ha bildats. Massskalningsförhållandet som håller månarna så mycket mindre än deras planeter är ett naturligt resultat av månbildningen som inträffar i den gas-svält miljön runt en färdig plan, skrev Heller i tidningen. Samma förhållande gör denna formationsmetod osannolik, sade han.
"Om följeslagaren kring Kepler 1625 b kan bekräftas och båda föremålen kan valideras som gasjätteföremål, skulle det vara svårt att förstå hur dessa två gasplaneter eventuellt kunde ha bildats genom antingen en jättepåverkan eller in-situ förträngning vid deras nuvarande banor runt stjärnan, "skrev Heller.
Den återstående möjligheten är att den avlägsna världen fångade ett objekt i Neptunstorlek. Neptuns måne, Triton och båda marsmånarna tros ha bildat detta sätt. Exomonen kunde ursprungligen ha bildats med en följeslagare på jorden, innan den drogs bort från den av det större objektets allvar, sa Heller. Han bestämde att fångst av ett Neptunmassobjekt av Kepler 1625 b är möjligt på planetens nuvarande plats.
Även om en sådan fångst i princip är möjlig, sa Heller till Space.com att han tycker att scenariot är "mycket osannolikt."
Och även om forskare för närvarande håller fast vid de tre olika månbildnings-scenarierna för planeter runt jordens sol, betyder det inte att naturliga satelliter inte kunde bilda ett annat sätt, sade Heller.
"Det är möjligt att detta system faktiskt bildades genom en mekanism som vi inte har sett i solsystemet," sade Heller.
Han föreslog en alternativ teori, liknande den för jätteplanetbildning, där de två föremålen började som ett binärt system med steniga planeter. Paret kunde ha tagit gas från skivan med kvarvarande material, som processen med vilken jätteplaneter bildas, med den framtida planeten som konsumerar mer gas än den skulle bli månen. Han varnade för att detta var spekulation och att de två föremålen kanske inte är stabila under långa tidsskalor.
Fortfarande, om Neptune-storleken runt Kepler 1625 b är verklig, kan det nya systemet ge ett spännande glimt på månbildningen utanför solsystemet, sade Heller.
Kepler-uppgifterna är inte den enda tillgängliga forskningen. I oktober tittade Teachey och Kipping på systemet med Hubble. Resultaten från dessa observationer bör offentliggöras snart.
Fram till dess ser saker dock inte bra ut för den potentiella exomonen.
"En exomons extraordinära påstående stöds inte av extraordinära bevis för det," sade Heller.
