Ända sedan det distribuerades i mars 2009, har Kepler-uppdraget upptäckt tusentals extra sol-planetkandidater. Mellan 2009 och 2012 upptäckte det totalt 4 496 kandidater och bekräftade förekomsten av 2 337 exoplaneter. Även efter att två av sina reaktionshjul misslyckades lyckades rymdskeppet fortfarande vända upp avlägsna planeter som en del av sitt K2-uppdrag, med ytterligare 521 kandidater och bekräfta 157.
Enligt en ny studie som genomförts av ett par forskare från Columbia University och en medborgarevetenskapsman kan Kepler också ha hittat bevis på en extra solmåne. Efter att ha sökt igenom data från hundratals transiter som upptäckts av Kepler-uppdraget, fann forskarna ett exempel där en transiterande planet visade tecken på att ha en satellit.
Deras studie - som nyligen publicerades online under titeln "HEK VI: On the Dearth of Galilean Analogs in Kepler and the Exomoon Candidate Kepler-1625b I" - leddes av Alex Teachey, en doktorand vid Columbia University och en forskarstuderande med National Science Foundation (NSF). Han förenades av David Kipping, biträdande professor i astronomi vid Columbia University och den huvudsakliga utredaren av projektet The Hunt for Exomoons with Kepler (HEK), och Allan Schmitt, medborgarforskare.
I flera år har Dr. Kipping sökt i Kepler-databasen efter bevis på exomoner, som en del av HEK. Detta är inte överraskande med tanke på de typer av möjligheter som exomoons erbjuder för vetenskaplig forskning. Inom vårt solsystem har studien av naturliga satelliter avslöjat viktiga saker om mekanismerna som driver tidigt och sent planetsbildning, och månar har intressanta geologiska drag som vanligtvis finns på andra kroppar.
Det är av detta skäl att utvidga den forskningen till jakten på exoplaneter ses som nödvändig. Redan har exoplanet-jaktuppdrag som Kepler visat upp en mängd planeter som utmanar konventionella idéer om hur planetbildning och vilka typer av planeter är möjliga. Det mest anmärkningsvärda exemplet är gasjättar som har observerat kretsar mycket nära sina stjärnor (alias "Hot Jupiters").
Som sådan kan studiet av exomoner ge värdefull information om vilka slags satelliter som är möjliga och huruvida våra egna månar är typiska eller inte. Som Teachey berättade för Space Magazine via e-post:
”Exomoons kunde berätta mycket om bildandet av vårt solsystem och andra stjärnsystem. Vi ser månar i vårt solsystem, men är de vanliga någon annanstans? Vi tenderar att tro det, men vi kan inte veta det förrän vi faktiskt ser dem. Men det är en viktig fråga eftersom, om vi finner ut att det inte finns så många månar där ute, tyder det på att något ovanligt pågick i vårt solsystem i början, och det kan ha stora konsekvenser för hur livet uppstod på jorden. Med andra ord, är vårt solsystems historia vanligt över galaxen, eller har vi en mycket ovanlig ursprungshistoria? Och vad säger det om chanserna för att livet uppstår här? Exomoner står för att ge oss ledtrådar om att svara på dessa frågor. ”
Dessutom anses många månar i solsystemet - inklusive Europa, Ganymede, Enceladus och Titan - vara potentiellt bebodda. Detta beror på det faktum att dessa kroppar har stadiga tillförsel av flyktiga ämnen (som kväve, vatten, koldioxid, ammoniak, väte, metan och svaveldioxid) och har inre uppvärmningsmekanismer som kan ge den nödvändiga energin för att driva biologiska processer.
Även här presenterar studiet av exomoons intressanta möjligheter, till exempel om de kan vara beboeliga eller till och med jordliknande. Av dessa och andra skäl vill astronomer se om planeterna som har bekräftats i avlägsna stjärnsystem har system för månar och hur förhållandena är på dem. Men som Teachey antydde ger sökandet efter exomoons ett antal utmaningar jämfört med exoplanet-jakt:
"Månar är svåra att hitta eftersom 1) vi förväntar oss att de ska vara ganska små för det mesta, vilket betyder att transportsignalen kommer att vara ganska svag till att börja med, och 2) varje gång en planet passerar kommer månen att dyka upp i en annan plats. Detta gör dem svårare att upptäcka i uppgifterna, och att modellera transiteringshändelserna är betydligt mer beräkningsmässigt dyra. Men vårt arbete utnyttjar månarna som dyker upp på olika platser genom att ta en tidsgenomsnittlig signal över många olika transittjänster och till och med över många olika exoplanetära system. Om månarna är där, kommer de i själva verket att släppa ut en signal på vardera sidan av planettransit över tid. Sedan handlar det om att modellera denna signal och förstå vad den betyder i termer av månstorlek och förekomstfrekvens. "
För att hitta tecken på exomoner sökte Teachey och hans kollegor genom Kepler-databasen och analyserade transiterna av 284 exoplanetkandidater framför sina respektive stjärnor. Dessa planeter sträckte sig i storlek från att vara jordliknande till Jupiter-liknande i diameter och kretsade om sina stjärnor på ett avstånd mellan ~ 0,1 till 1,0 AU. De modellerade sedan ljuskurvan för stjärnorna med hjälp av teknikerna för fasvikning och stapling.
Dessa tekniker används vanligtvis av astronomer som övervakar stjärnor för dopp i ljusstyrka som orsakas av transiter av planeter (dvs transitmetoden). Som Teachey förklarade är processen ganska lik:
”I grund och botten skar vi upp tidsseriedata i lika delar, varje bit har en transitt av planeten i mitten. Och när vi staplar dessa bitar ihop kan vi få en tydligare bild av hur transiten ser ut ... För månsökningen gör vi väsentligen samma sak, först nu tittar vi på uppgifterna utanför planeten. När vi staplar uppgifterna tar vi medelvärdena för alla datapunkter inom ett visst tidsfönster, och om en måne är närvarande, borde vi se lite saknad stjärnljus där, vilket gör att vi kan dra av dess närvaro. ”
Vad de hittade var en enda kandidat i Kepler-1625-systemet, en gul stjärna som ligger cirka 4000 ljusår från jorden. Designated Kepler-1625B I, denna måne kretsar runt den stora gasjätten som är belägen inom stjärnans bebodda zon, är 5,9 till 11,67 gånger jordens storlek och kretsar om sin stjärna med en period av 287,4 dagar. Denna exomoon-kandidat, om den borde bekräftas, kommer att vara den första exomoon som någonsin upptäckts
Teamets resultat (som väntar på peer review) visade också att stora månar är en sällsynt händelse i de inre regionerna i stjärnsystem (inom 1 AU). Detta var något av en överraskning, även om Teachey erkänner att det stämmer överens med det senaste teoretiska arbetet. Enligt vad vissa nyligen genomförda studier tyder på, kunde stora planeter som Jupiter förlora sina månar när de vandrar inåt.
Om detta skulle visa sig vara fallet, kan det som Teachey och hans kollegor bevittnade betraktas som bevis på den processen. Det kan också vara en indikation på att våra aktuella exoplanetjaktuppdrag kanske inte är upp till uppgiften att upptäcka exomoner. Under de kommande åren förväntas nästa generations uppdrag ge mer detaljerade analyser av avlägsna stjärnor och deras planetsystem.
Men som Teachey påpekade kan också dessa vara begränsade vad gäller vad de kan upptäcka och nya strategier kan i slutändan behövas:
”Sällsyntheten hos månar i de inre regionerna i dessa stjärnsystem tyder på att enskilda månar kommer att förbli svåra att hitta i Kepler-data, och kommande uppdrag som TESS, som borde hitta massor av mycket korta periodplaneter, kommer också att ha svårt att hitta dessa månar. Det är troligt månarna, som vi fortfarande förväntar oss att vara där ute någonstans, bor i de yttre regionerna i dessa stjärnsystem, precis som de gör i vårt solsystem. Men dessa regioner är mycket svårare att undersöka, så vi måste bli ännu smartare om hur vi letar efter dessa världar med nuvarande och nära framtida datasätt. ”
Under tiden kan vi säkert bli upphetsade om det faktum att den första exomonen verkar ha upptäckts. Medan dessa resultat väntar på peer review kommer bekräftelse av månen att innebära ytterligare forskningsmöjligheter för Kepler-1625-systemet. Det faktum att denna måne kretsar inom stjärnans bebodliga zon är också ett intressant drag, även om det inte är troligt att månen själv är beboelig.
Fortfarande är möjligheten att en bebodlig måne kretsar runt en gasjätten verkligen intressant. Låter det som något som kan ha dykt upp i vissa science fiction-filmer?
