Sinds de missie in maart 2009 werd uitgevoerd, heeft de Kepler-missie duizenden kandidaten voor buiten de zonneplaneet gedetecteerd. In feite ontdekte het tussen 2009 en 2012 in totaal 4.496 kandidaten en bevestigde het het bestaan van 2.337 exoplaneten. Zelfs nadat twee van zijn reactiewielen faalden, slaagde het ruimtevaartuig er nog steeds in om verre planeten op te duiken als onderdeel van zijn K2-missie, goed voor nog eens 521 kandidaten en bevestigde 157.
Volgens een nieuwe studie, uitgevoerd door een paar onderzoeken van Columbia University en een burgerwetenschapper, heeft Kepler mogelijk ook aanwijzingen gevonden voor een buitenzonnemaan. Nadat ze de gegevens van honderden door de Kepler-missie gedetecteerde transits hadden doorzocht, ontdekten de onderzoekers een geval waarin een transiterende planeet tekenen van een satelliet vertoonde.
Hun studie - die onlangs online werd gepubliceerd onder de titel "HEK VI: On the Dearth of Galilean Analogs in Kepler and the Exomoon Candidate Kepler-1625b I" - werd geleid door Alex Teachey, een afgestudeerde student aan de Columbia University en een Graduate Research Fellow met de National Science Foundation (NSF). Hij werd vergezeld door David Kipping, een assistent-professor in de astronomie aan de Columbia University en de hoofdonderzoeker van The Hunt for Exomoons with Kepler (HEK) -project, en Allan Schmitt, een burgerwetenschapper.
Dr. Kipping zoekt al jaren in de Kepler-database naar bewijs van exomonen, als onderdeel van de HEK. Dit is niet verwonderlijk gezien de mogelijkheden die exomoons bieden voor wetenschappelijk onderzoek. Binnen ons zonnestelsel heeft de studie van natuurlijke satellieten belangrijke dingen onthuld over de mechanismen die vroege en late planeetvorming aandrijven, en manen hebben interessante geologische kenmerken die vaak op andere lichamen voorkomen.
Daarom wordt uitbreiding van dat onderzoek naar de jacht op exoplaneten nodig geacht. Exoplanetenjacht-missies zoals Kepler hebben al een schat aan planeten opgeleverd die conventionele ideeën uitdagen over hoe planeetvorming en welke soorten planeten mogelijk zijn. Het meest opmerkelijke voorbeeld zijn gasreuzen die hebben waargenomen dat ze heel dicht bij hun sterren cirkelden (ook bekend als "Hot Jupiters").
Als zodanig zou de studie van exomoons waardevolle informatie kunnen opleveren over wat voor soort satellieten mogelijk zijn en of onze eigen manen al dan niet typisch zijn. Zoals Teachey Space Magazine via e-mail vertelde:
“Exomoons kon ons veel vertellen over de vorming van ons zonnestelsel en andere sterrenstelsels. We zien manen in ons zonnestelsel, maar komen ze elders voor? We denken van wel, maar we kunnen het pas zeker weten als we ze echt zien. Maar het is een belangrijke vraag, want als we ontdekken dat er niet veel manen zijn, suggereert dit dat er misschien iets ongewoons aan de hand was in ons zonnestelsel in de begintijd, en dat zou grote gevolgen kunnen hebben voor hoe het leven ontstond op de Aarde. Met andere woorden, is de geschiedenis van ons zonnestelsel gemeenschappelijk in de hele melkweg, of hebben we een zeer ongebruikelijk oorsprongsverhaal? En wat zegt dat over de kansen op leven hier? Exomoons biedt ons aanwijzingen om deze vragen te beantwoorden. ”
Bovendien wordt aangenomen dat veel manen in het zonnestelsel - waaronder Europa, Ganymedes, Enceladus en Titan - mogelijk bewoonbaar zijn. Dit komt doordat deze lichamen een constante toevoer van vluchtige stoffen (zoals stikstof, water, kooldioxide, ammoniak, waterstof, methaan en zwaveldioxide) hebben en over interne verwarmingsmechanismen beschikken die de noodzakelijke energie zouden kunnen leveren voor het aandrijven van biologische processen.
Ook hier biedt de studie van exomoons interessante mogelijkheden, zoals of ze al dan niet bewoonbaar of zelfs aardachtig kunnen zijn. Om deze en andere redenen willen astronomen kijken of de planeten die in verre sterrenstelsels zijn bevestigd systemen van manen hebben en hoe de omstandigheden daarop zijn. Maar zoals Teachey aangaf, biedt de zoektocht naar exomoons een aantal uitdagingen in vergelijking met exoplanetenjacht:
“Manen zijn moeilijk te vinden omdat 1) we verwachten dat ze meestal vrij klein zijn, wat betekent dat het doorvoersignaal in het begin vrij zwak zal zijn, en 2) elke keer dat een planeet doorgaat, verschijnt de maan in een andere plaats. Dit maakt ze moeilijker te detecteren in de gegevens en het modelleren van de transitgebeurtenissen is aanzienlijk duurder op de computer. Maar ons werk maakt gebruik van de manen die op verschillende plaatsen verschijnen door het tijdgemiddelde signaal te nemen over veel verschillende transitgebeurtenissen, en zelfs over veel verschillende exoplanetaire systemen. Als de manen er zijn, zullen ze in feite in de loop van de tijd een signaal afgeven aan weerszijden van de planetaire doorgang. Vervolgens is het een kwestie van dit signaal modelleren en begrijpen wat het betekent in termen van maangrootte en voorkomen. "
Om tekenen van exomonen te lokaliseren, doorzochten Teachey en zijn collega's de Kepler-database en analyseerden de transits van 284 exoplanet-kandidaten voor hun respectievelijke sterren. Deze planeten varieerden in grootte van aardachtig tot Jupiter-achtig in diameter, en draaiden om hun sterren op een afstand tussen ~ 0,1 en 1,0 AU. Vervolgens hebben ze de lichtcurve van de sterren gemodelleerd met behulp van de technieken van fase-vouwen en stapelen.
Deze technieken worden vaak gebruikt door astronomen die sterren in de gaten houden voor dalingen in helderheid die worden veroorzaakt door de transits van planeten (d.w.z. de transitiemethode). Zoals Teachey uitlegde, is het proces vrij gelijkaardig:
“In feite hebben we de tijdreeksgegevens in gelijke stukken opgedeeld, waarbij elk stuk één doorgang van de planeet in het midden heeft. En wanneer we deze stukken op elkaar stapelen, krijgen we een duidelijker beeld van hoe de doorvoer eruit ziet ... Voor het zoeken naar de maan doen we in wezen hetzelfde, alleen kijken we nu naar de gegevens buiten de belangrijkste planetaire doorvoer. Zodra we de gegevens hebben gestapeld, nemen we de gemiddelde waarden van alle gegevenspunten binnen een bepaald tijdvenster en als er een maan aanwezig is, zouden we daar een ontbrekend sterrenlicht moeten zien, waardoor we de aanwezigheid ervan kunnen afleiden. ”
Wat ze ontdekten was een enkele kandidaat in het Kepler-1625-systeem, een gele ster op ongeveer 4000 lichtjaar van de aarde. Aangewezen Kepler-1625B I, deze maan draait om de grote gasreus die zich in de bewoonbare zone van de ster bevindt, is 5,9 tot 11,67 keer zo groot als de aarde en draait om zijn ster met een periode van 287,4 dagen. Deze exomoon-kandidaat zal, als dit bevestigd zou worden, de eerste exomoon zijn die ooit is ontdekt
De resultaten van het team (die op peer review wachten) toonden ook aan dat grote manen een zeldzame gebeurtenis zijn in de binnenste regionen van sterrenstelsels (binnen 1 AU). Dit was een verrassing, hoewel Teachey erkent dat het consistent is met recent theoretisch werk. Volgens wat recente studies suggereren, zouden grote planeten zoals Jupiter hun manen kunnen verliezen als ze naar binnen migreren.
Mocht dit het geval blijken te zijn, dan zou wat Teachey en zijn collega's hebben gezien als bewijs van dat proces kunnen worden gezien. Het kan ook een indicatie zijn dat onze huidige exoplanet-jachtmissies mogelijk niet in staat zijn om exomoons te detecteren. De komende jaren wordt verwacht dat missies van de volgende generatie meer gedetailleerde analyses zullen opleveren van verre sterren en hun planetenstelsels.
Zoals Teachey aangaf, kunnen ook deze beperkt zijn in termen van wat ze kunnen detecteren, en uiteindelijk zijn er mogelijk nieuwe strategieën nodig:
“De zeldzaamheid van manen in de binnenste regionen van deze sterrenstelsels suggereert dat individuele manen moeilijk te vinden zullen blijven in de Kepler-gegevens, en aankomende missies zoals TESS, die veel planeten met een zeer korte periode zouden moeten vinden, zullen ook moeilijk te vinden zijn deze manen. Het is waarschijnlijk dat de manen, waarvan we nog steeds verwachten dat ze daar ergens zijn, zich in de buitenste regionen van deze sterrenstelsels bevinden, net als in ons zonnestelsel. Maar deze regio's zijn veel moeilijker te onderzoeken, dus we zullen nog slimmer moeten worden over hoe we naar deze werelden zoeken met huidige en nabije toekomstige datasets. ”
In de tussentijd kunnen we zeker enthousiast zijn over het feit dat de eerste exomoon lijkt te zijn ontdekt. Hoewel deze resultaten in afwachting zijn van peer review, betekent bevestiging van deze maan extra onderzoeksmogelijkheden voor het Kepler-1625-systeem. Het feit dat deze maan een baan maakt binnen de bewoonbare zone van de ster is ook een interessant kenmerk, hoewel het niet waarschijnlijk is dat de maan zelf bewoonbaar is.
Toch is de mogelijkheid van een bewoonbare maan in een baan om een gasreus zeker interessant. Klinkt dat als iets dat in sommige sciencefictionfilms naar voren is gekomen?
