Охота за лунами на орбите далеких планет может отыскать массивные экзолуны.
В 2012 году группа ученых миссии Кеплер объявила, что они приступят к охоте за лунами, вращающимися вокруг далеких экзопланет. И пока телескоп находит тысячи экзопланет, луны остаются вне поля зрения.
Главная проблема заключается в том, что для «видимости» Луны ее масса должна составлять примерно 10% от массы Земли, или примерную массу Марса. Это в 10 раз больше крупнейшей луны в Солнечной системе.
И пока формирование планетарных спутников казалось естественным побочным продуктом формирования планет, ученый Эми Барр из Планетологического института задалась вопросом, а могут ли большие луны (возможно, даже размером с Землю) формироваться. И если да, то как они располагались бы в галактике?
Использовав моделирование и симуляции, Барр с коллегами обнаружила, что теоретически есть вероятность, что супер-плазма луны сформируется вокруг скалистой и газовой планеты. Но только, если сами планеты достаточно огромные. Большие каменистые спутники могут создаваться в результате столкновения между гигантскими скалистыми мирами. Тогда экзолуны вокруг газовых гигантов могли бы производиться из-за совместной аккреции или захвата.
«Мы располагаем первыми результатами масс лун, которые могут образовываться при различной совокупности воздействий в возможных пределах экзопланетных систем», – сказала Барр. – «Главное, мы показали, что можно сформировать экзолуны с массами выше теоретических максимумов. Кеплер продолжает осматривать спутники более 1/10 массы Земли».
Для обнаружения планет, проходящих перед диском родительской звезды, Кеплер использует метод транзита (временное падение яркости). Эта же техника должна помочь найти экзолуны. Поэтому команда из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики открыла охоту. Но все выглядело пустой затеей, из-за размера, который нужен для того, чтобы ее заметили.
Однако, найденные Кеплером солнечные системы, сильной отличаются от нашей. И наиболее распространенный размер планет в данных Кеплера демонстрирует новый класс – «супер-Земли». Их масштаб колеблется между Землей и Нептуном.
«Пока мало известно о том, как процессы формирования спутника, применимые у нас, могут масштабироваться до различных планетарных масс и звездных условий», – пишет Барр в статье.
Симуляция воздействия каменисто-железной планеты размером с Венеру на планету с 6-ю массами Земли. Столкновение создает достаточно массивный диск из обломков, жидкости и пара, чтобы создать луну с 0.1 массой Земли.
Используя гидродинамическое моделирование, Барр может определить, сколько материала окажется на орбите после столкновения двух скалистых супер-Земель. Удар между планетами от двух до семи земных масс выпустит достаточно материала для создания большого спутника, который может обнаружить транзитный Кеплер.
«Эти результаты практически совпадают с ударом, формирующим луну, но диск будет гораздо горячее и массивнее», – говорит Барр. Ее модели позволяют предположить, что обнаруживаемые скалистые экзолуны могут производиться при различных ударных условиях, а также связаны планетами-хозяевами больших размеров. Кроме того, они могут образовываться в результате совместной аккреции вокруг растущих газовых гигантов или при помощи захвата блуждающих тел, или еще других процессов, которые не наблюдаются в нашей системе.
Барр также рассмотрела современные теории о формировании луны в Солнечной системе, и постаралась применить их к экзолунам.
«Некоторые из теорий, например, деления, могут работать в других системах», – сообщила она. – «Вскоре мы получим новые обсерватории и сможем перепроверить некоторые старые идеи».
К этому моменту Кеплер и миссия К2 обнаружили 2476 подтвержденных планет, с дополнительными 5216 «планетами-кандидатами». Количество экзолун пока на нуле, но Барр продолжает поиски.