Istnienie księżyca znajdującego się poza naszym Układem Słonecznym nigdy nie zostało potwierdzone, ale nowe badania prowadzone pod przewodnictwem NASA mogą dostarczyć pośrednich dowodów na jego istnienie.
Naukowcy z NASALaboratorium Napędów Odrzutowych zidentyfikowało chmurę sodu w pobliżu egzoplaneta WASP-49 b, co może wskazywać na obecność egzoksiężyca wulkanicznego podobnego do Jupiterksiężyc Io. To potencjalne odkrycie może zapewnić wgląd w układy planetarne inne niż nasz, chociaż potrzebne są dalsze obserwacje i analizy, aby potwierdzić istnienie i cechy egzoksiężyca.
Odkrywanie egzoksiężyca: wstępne wskazówki
Niedawne badania przeprowadzone w Laboratorium Napędów Odrzutowych NASA (JPL) wskazuje na ślady skalistego, wulkanicznego księżyca krążącego wokół egzoplanety oddalonej o 635 lat świetlnych od Ziemi. Głównym dowodem jest chmura sodu, która wydaje się być blisko egzoplanety, ale nieco niezsynchronizowana z nią – gazowym olbrzymem wielkości Saturna o nazwie WASP-49 b. Aby potwierdzić zachowanie chmury, wymagane są dalsze badania. Podobnie w naszym Układzie Słonecznym emisje gazów z wulkanicznego księżyca Jowisza Io powodują porównywalne zjawisko.
Chociaż nie potwierdzono jeszcze żadnych egzoksiężyców, zidentyfikowano kilku kandydatów. Jest prawdopodobne, że ci planetarni towarzysze pozostali niewykryci, ponieważ są zbyt mali i zbyt słabi, aby obecne teleskopy mogły je wykryć.
Egzoksiężyce – księżyce krążące wokół planet poza naszym Układem Słonecznym – są najprawdopodobniej zbyt małe, aby można je było obserwować bezpośrednio przy użyciu obecnej technologii. Z tego filmu dowiesz się, jak naukowcy prześledzili ruch chmury sodu oddalonej o 635 lat świetlnych i odkryli, że mogą ją utworzyć wulkany na potencjalnym egzoksiężycu.
Źródło: NASA/JPL-Caltech
Śledzenie tajemniczej chmury sodu
Chmura sodu wokół WASP-49 b została po raz pierwszy wykryta w 2017 roku, co przykuło uwagę Apurvy Ozy, byłej badaczki ze stopniem doktora w Laboratorium Napędów Odrzutowych NASA, a obecnie pracownik naukowy w Caltech, który zarządza JPL. Oza spędziła lata badając, w jaki sposób egzoksiężyce można wykryć na podstawie ich aktywności wulkanicznej. Na przykład Io, najbardziej wulkaniczne ciało w naszym Układzie Słonecznym, nieustannie wyrzuca dwutlenek siarki, sód, potas i inne gazy, które mogą tworzyć wokół Jowisza rozległe chmury o promieniu do 1000 razy większym od promienia gigantycznej planety. Możliwe, że astronomowie obserwujący inny układ gwiazd byliby w stanie wykryć obłok gazu taki jak Io, nawet gdyby sam księżyc był zbyt mały, aby go dostrzec.
Zarówno WASP-49 b, jak i jej gwiazda składają się głównie z wodoru i helu, ze śladowymi ilościami sodu. Żadna z nich nie zawiera wystarczającej ilości sodu, aby uwzględnić chmurę, która prawdopodobnie pochodzi ze źródła wytwarzającego około 220 000 funtów (100 000 kilogramów) sodu na sekundę. Nawet jeśli gwiazda lub planeta mogłaby wyprodukować tak dużo sodu, nie jest jasne, jaki mechanizm mógłby wyrzucić go w przestrzeń kosmiczną.
Badanie źródła: egzoksiężyc wulkaniczny?
Czy źródłem może być egzoksiężyc wulkaniczny? Oza i jego koledzy postanowili spróbować odpowiedzieć na to pytanie. Praca od razu okazała się wyzwaniem, ponieważ z tak dużej odległości gwiazda, planeta i obłok często nakładają się na siebie i zajmują ten sam mały, odległy punkt przestrzeni. Zespół musiał więc z biegiem czasu obserwować system.
Jak szczegółowo wynika z nowego badania opublikowanego w czasopiśmie „ Listy do dzienników astrofizycznychznaleźli kilka dowodów sugerujących, że chmurę tworzy oddzielne ciało krążące wokół planety, chociaż potrzebne są dodatkowe badania, aby potwierdzić zachowanie chmury. Na przykład dwukrotnie ich obserwacje wykazały, że chmura nagle powiększyła się, jakby była uzupełniana, gdy nie znajdowała się obok planety.
Zaobserwowali także chmurę poruszającą się szybciej niż planeta w sposób, który wydawałby się niemożliwy, gdyby nie był generowany przez inne ciało poruszające się niezależnie od planety i szybciej od niej.
„Uważamy, że to naprawdę kluczowy dowód” – powiedział Oza. „Chmura porusza się w przeciwnym kierunku, niż mówi nam fizyka, gdyby była częścią atmosfery planety”.
Chociaż te obserwacje zaintrygowały zespół badawczy, twierdzą, że musieliby obserwować system dłużej, aby mieć pewność co do orbity i struktury chmury.
Szansa na chmury wulkaniczne
Do swoich poszukiwań naukowcy wykorzystali Europejskie Obserwatorium Południowe Bardzo duży teleskop w Chile. Współautorka Ozy, Julia Seidel, pracownik naukowy w obserwatorium, ustaliła, że obłok znajduje się wysoko nad atmosferą planety, podobnie jak obłok gazu wytwarzany przez Io wokół Jowisza.
Wykorzystali także model komputerowy, aby zilustrować scenariusz egzoksiężyca i porównać go z danymi. Egzoplaneta WASP-49 b okrąża gwiazdę co 2,8 dnia z zegarową regularnością, ale chmura pojawiała się i znikała za gwiazdą lub za planetą w pozornie nieregularnych odstępach czasu. Korzystając ze swojego modelu, Oza i zespół wykazali, że księżyc o ośmiogodzinnej orbicie wokół planety może wyjaśnić ruch i aktywność chmury, w tym sposób, w jaki czasami wydawało się, że porusza się ona przed planetą i który nie wydawał się być powiązany z określonego regionu planety.
„Dowody są bardzo przekonujące na to, że chmurę tę wytwarza coś innego niż planeta i gwiazda” – powiedziała Rosaly Lopes, geolog planetarny w JPL, która jest współautorką badania wraz z Ozą. „Wykrycie egzoksiężyca byłoby dość niezwykłe, a dzięki Io wiemy, że egzoksiężyc wulkaniczny jest możliwy”.
Gwałtowny koniec
Na Ziemi wulkany napędzane są ciepłem w jej jądrze, pozostałym po powstaniu planety. Z drugiej strony wulkany Io napędzane są grawitacją Jowisza, która ściska Księżyc w miarę zbliżania się do planety, a następnie zmniejsza jego „chwyt” w miarę oddalania się Księżyca. To wyginanie podgrzewa wnętrze małego księżyca, prowadząc do procesu zwanego wulkanizmem pływowym.
Jeśli WASP-49 b ma księżyc podobny do Ziemi, Oza i zespół szacują, że szybka utrata masy w połączeniu z wyciśnięciem planety przez grawitację ostatecznie doprowadzi do jej rozpadu.
„Jeśli naprawdę tam jest księżyc, będzie to miało bardzo destrukcyjne zakończenie” – powiedział Oza.
Odniesienie: „Redshifted Sodium Transient Near Exoplanet Transit” autorstwa: Apurva V. Oza, Julia V. Seidel, H. Jens Hoeijmakers, Athira Unni, Aurora Y. Kesseli, Carl A. Schmidt, Thirupathi Sivarani, Aaron Bello-Arufe, Andrea Gebek, Moritz Meyer zu Westram, Sérgio G. Sousa, Rosaly MC Lopes, Renyu Hu, Katherine de Kleer, Chloe Fisher, Sébastien Charnoz, Ashley D. Baker, Samuel P. Halverson, Nick M. Schneider, Angelica Psaridi, Aurélien Wyttenbach, Santiago Torres , Ishita Bhatnagar i Robert E. Johnson, 30 września 2024 r., Listy z dziennika astrofizycznego.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad6b29
