Почему астрономы до сих пор не смогли обнаружить ни одной экзолуны?

Поиск экзолун - естественных спутников, обращающихся вокруг планет за пределами Солнечной системы, изначально рассматривался как одна из наиболее перспективных задач для космического телескопа имени Джеймса Уэбба. Однако за 4 года его активной работы учёные пока не смогли достоверно подтвердить существование ни одного подобного объекта.

Причина этого кроется в исключительной сложности обнаружения столь малых и далёких объектов, даже с использованием самых совершенных инструментов.

Этому вопросу посвящена новая научная статья, ведущий автор которой - Дэвид Киппинг из Колумбийского университета (США), объяснил - почему подтверждение экзолун остаётся столь трудной задачей, подробно разобрав свой собственный опыт анализа данных, полученных за 60 часов наблюдений на спектрографе NIRSpec космического телескопа имени Джеймса Уэбба.

Автор статьи отмечает, что телескоп уже обнаруживал косвенные признаки, которые можно было интерпретировать как наличие экзолун. Например, у экзопланеты WASP-39b, относящейся к классу горячих Сатурнов, были зафиксированы необъяснимые колебания в содержании натрия и диоксида серы в его атмосфере.

Одна из гипотез предполагает, что такие выбросы могут быть связаны с активной вулканической деятельностью на гипотетическом спутнике, разогреваемом приливными силами.

А фиксация излучения метана у коричневого карлика W1935 также может быть объяснена наличием на его орбите крупной экзолуны.

Недавно научная группа под руководством Дэвида Киппинга сосредоточилась на планетной системе звезды Кеплер-167, расположенной примерно в 1119 световых годах от нас в созвездии Лебедя.

Особый интерес для учёных в этой системе представляет планета Кеплер-167e - газовый гигант, масса которого составляет около 0,91 массы Юпитера, а его орбита проходит на расстоянии в 1,88 астрономических единиц от его звезды.

Этот объект считается одним из ближайших, среди открытых на данный момент, экзоюпитеров в нашей Галактике. И учитывая, что в нашей Солнечной системе у Юпитера существует обширная система спутников, было логично предположить, что у похожей экзопланеты также могут быть спутники.

Для проверки этой гипотезы группа учёных добилась выделения им 60 часов крайне ценного времени наблюдений на JWST. Наблюдения были разделены на 6 сеансов по 10 часов, в течение которых фиксировались изменения блеска звезды во время прохождения планеты по её диску.

Внимание учёных привлёк дополнительный провал на кривой блеска, который мог указывать на транзитное прохождение спутника рядом с планетой. Однако в те же временные промежутки был зафиксирован постепенный дрейф уровня сигнала, связанный с особенностями работы детектора инструмента NIRSpec. Дрейф происходил в том же временном интервале, что и ожидаемый сигнал от экзолуны, что существенно осложнило анализ.

Чтобы минимизировать систематические ошибки, данные были обработаны с помощью трёх независимых методов. Один из них был создан специально для этой задачи, а два других являются хорошо зарекомендовавшими себя методами для обработки транзитных данных.

Затем отфильтрованные с помощью данных методов данные сравнивались с четырьмя различными математическими моделями, описывающими возможную форму кривой блеска, которые позволяют учитывать случайные и систематические шумы.

В результате этого анализа, из 12 возможных комбинаций методов обработки сигналов и математических моделей, 7 указали на статистически значимый сигнал, соответствующий наличию спутника.

Однако, в астрономии такая статистическая значимость считается недостаточной для открытия. Для подтверждения открытия необходимо исключить все более простые объяснения, в том числе возможность влияния звёздной активности.

Хотя звезда Кеплер-167 считается относительно спокойной, более ранние наблюдения космических телескопов «Кеплер» и «Спитцер» свидетельствуют, что на её поверхности могут появляться крупные пятна, подобно тому как пятна появляются на Солнце. А прохождение планеты над таким пятном могло бы вызвать дополнительное падение яркости, схожее с сигналом от экзолуны.

Кроме того, когда учёные рассчитали размер гипотетического спутника, исходя из глубины обнаруженного провала в кривой блеска, оказалось, что его радиус должен был бы примерно на 30% превышать теоретически предсказанный максимум для спутников у планеты такой массы.

Совокупность этих факторов заставила научную группу, проводившую данное исследование, сделать вывод, что наблюдаемый сигнал, скорее всего, не связан с экзолуной.

Несмотря на тщательную работу и использование уникальных возможностей телескопа имени Джеймса Уэбба, подтвердить существование спутника у Кеплер-167e на данный момент не удалось. И хотя этот результат и является отрицательным, он демонстрирует высочайшую сложность задачи и задаёт новый стандарт методики поиска экзолун, требующий скрупулёзного учёта инструментальных погрешностей и учёта звёздной активности.

Авторы исследования уже планируют новую серию наблюдений на октябрь 2027 года, когда планета Кеплер-167e вновь совершит транзит.