新的Exomoon检测技术可以找到类似太阳系的月亮

2018-05-20

一种新的外显子检测技术是第一种被证明可以检测类似于太阳系中的卫星的方法。 /

在天文学中最受欢迎的奖项当中有“外生子”,或者卫星绕系外行星。尽管天文学家已经发现了一千多个系外行星,但他们可能拥有的任何外生子迄今都没有捕获到。然而,从我们自己的太阳系来看,科学家们认为大量的外星人确实在那里。

为了找到这些隐藏在外面的外显子,刚刚提出了一种新技术。在最近发表在“天体物理学杂志”上的一项研究中描述,这种新方法依赖于卫星在与其主星的背景辐射相对照时的特定日食效应。

与传统的猎魔技术不同,这种新方法的优点是能够在太阳系中找到卫星的天平。其他方法可能只能产生几倍于已知最大月亮质量的外生子,木星的木卫一 - 换句话说,就是空前巨大的卫星。

研究作者,加拿大安大略省麦克马斯特大学天文学博士后RenéHeller说:“这种技术是第一种被证明可以检测类似于太阳系中卫星的方法。 “在伽利略伽利莱发现四颗卫星四百年后,我们发现了除了月球以外的第一颗卫星,我们现在已经有了用于发现超出太阳系的”外星人“卫星的技术和方法。”

此外,新方法可以区分多月亮系统,而标准技术则专注于单人外显子。第三个好处是,来自开普勒航天器的现有数据应该足以识别外​​生子。这与其他一些拟议的方法形成对比,这些方法需要新的技术和强迫征募者来等待后代的望远镜。

有趣的是,这种方法可以在所谓的红矮星和橙矮星的可居住区域中挑出外星人轨道行星的存在。可居住区是周围环境不太接近,不太遥远的乐队,居住的世界可能有液态水。

迄今为止,在居住区中发现的最普通的行星不是地球大小的(尽管可以从开普勒数据中得到大量地上的双胞胎,但尚未分析)。相反,可居住的区域居民往往是“超级地球”和天然气巨头。后者当然有些人认为前者不能成为生活的居所。但他们的卫星可能会是一个不同的故事。

海勒说:“超级地球和巨型行星在恒星的可居住区域比真正的地球大小的行星更为丰富。” “虽然超级地球和巨人可能不适合居住,但他们的卫星可能是。因此,可居住的卫星可能比可居住的行星更普遍。“

以新方式为外科医生进行冲刷

这项新技术迎来了一个好时机。研究人员已经将谚语的厨房水槽抛向了捕捉异国情调的问题,在没有确定检测的情况下尝试了十几种不同的方法。一些方法包括寻找一个巨大的热红外闪烁发出的微小的红外光,或者作为行星和它的卫星在恒星前面通过的背景恒星光的一次性引力光翘曲效应。

观察“过渡”的新方法背后的概念本身并不新鲜。当一颗系外行星(或一个外显子)穿过它的恒星面对我们在地球上的视角时,迷路的月食被用来发现数以百计的系外行星与开普勒,CoRoT和其他望远镜。一个突出的寻找外界事件的项目,与开普勒狩猎埃克斯(HEK)以及其他的努力,寻求在运输时间或持续时间略有变化。这些打嗝给有序的行星过境可能是月球阻挡了一点额外星光的手段。

被称为轨道采样效应的新方法所做的是从聪明的统计角度考虑这些exomoon转换。描绘一个行星和月球系统在轮廓上的侧面观看,月球绕着行星的赤道中线运行(如太阳系中典型的那样)。月球在行星的“前方”绕行,稍靠近我们,然后完成行星后面的轨道圆。

想象一下,不时地拍摄一张快照并叠加图片。月球在轨道前后的位置重叠,尽管月球直接位于行星的前方或后方,但月球的影子并未出现。尽管如此,月球形成的东西看起来像是由虚线组成的两个“翅膀”,从地球两侧伸出。这些圆点代表月球在任何特定的随机时刻在其轨道上前进的位置。

海勒所具有的洞察力是,随着时间的推移,翅膀上的点不会被均匀地绘制出来。翅膀的内边缘看起来会更轻,接近行星,外缘更暗,离地球更远。这是因为当月球达到轨道的范围,然后开始在地球周围回旋时,它的位置会在更紧的空间中重叠。因此,“翼尖”看起来较暗;也就是说,在月球距离地球最远的明显位置处,背景星光的增加将会增加。

为了达到这种效果,观察者必须在相当长的一段时间内不断盯着恒星。月球不能孤立地瞥见一两次。相反,月球必须完成相当数量的轨道,并且目睹这样做,才能使其遮光效果优先叠加在翼尖上。幸运的是,开普勒太空船的设计目的就是为了做到这一点,在去年夏天遭遇设备故障之前,耐心地盯着约150,000颗恒星四年。

“开普勒已经采取了这样的观察结果,并且它们是可公开访问的,”海勒说。 “所以没有必要等待未来的技术。”

一个或多个月亮

当一颗系外行星通过开普勒或另一个天文望远镜观测到的恒星时,星光收到的数量就会减少一个(对于一个巨型行星来说,只有百万分之一)。使用开普勒数据的轨道采样方法,随着时间的推移平均,一个运动着外显子的系外行星的标记如下所示。

首先,在收集到的光量上会有两次小的下降,一次是前一次,另一次是随着中转开始,主人星球相对较大的下降。这个初始序列是小倾角,大倾角,然后是小倾角。然后序列自身反转,稍微增亮,然后相对较大的光照增加,随着行星和月亮组合的平均随着时间的推移而出现,星体的亮度最终小幅增加。换句话说,小凸起,大凸起,以及亮度最后的小凹凸。

所有这一切的结果:天文学家(或计算机)可以通过开普勒数据查看系外行星定期过境的信息“预先变暗”和“后变暗”以发现外显子。

作为奖励,轨道采样方法可以挑选出多个卫星。复杂的步骤可能指向不止一个月亮增加自己的,额外的阴影签名在时间上移动,而不是简单的逐步变暗。

它可能会找到什么

根据开普勒收集的数据,海勒的研究表明,在红矮星的居住区内应该可以找到关于木卫三大小的卫星。小星星的优势在于它们的行星轨道很短,“年”只能持续数周或数天。相应地,这些世界在开普勒的使用寿命期间进行了大量的转换。当然,更多的转换意味着更多的exomoon定位数据用轨道采样方法进行审查。

红矮星出现了一些可居住性问题,因此照亮生活友好世界的更好的候选人是下一个恒星级 - 更大,更温暖的橙矮星。在这些恒星的可居住区中,海勒技术可能会发现约10倍的Ganymede质量(但仍小于地球)的外生子,它们是当前寻找狩猎方法的传统采石场,同样使用开普勒观测。

不幸的是,在类似太阳的黄色矮星的可居住区内,系外行星的卫星仍然无法获得。像太阳一样围绕恒星旋转的外行星在开普勒观测窗口没有堆积足够的过渡以应用轨道采样方法。但是,未来的望远镜将配备更锐利的相机,以便寻找其他寻求外显寻找技术,并且还将为海勒的灵敏度提供方法。

轨道采样效应比其他团队开发的精巧的exomoon检测机制简单得多。海勒希望研究人员可以去尝试他的技术来寻找太阳系外的卫星系统。

“这篇论文并没有计划为我的雄心壮志做一个exomoon检测,”海勒说。 “但是如果有人使用这种新效应在太阳系外寻找月球,我会感到受宠若惊。”

出版物:RenéHeller,“探测具有轨道采样效应的太阳系卫星的太阳系外层卫星”,2014年,ApJ,787,14; DOI:10.1088 / 0004-637X / 787/1/14号

PDF研究副本:探测与太阳系卫星相似的太阳系卫星,具有轨道采样效应

来源:Adam Hadhazy,“天体生物学杂志”

图片:NASA; Rene Heller