Een artistiek beeld van een aardachtige exomoon die om een gasreuzenplaneet draait.
(Afbeelding: © NASA / JPL-Caltech)
Afgelopen zomer kondigden wetenschappers aan dat ze hadden ontdekt wat de eerste maan zou kunnen zijn die buiten het zonnestelsel te zien is. Maar nieuw onderzoek naar de evolutie van de veronderstelde maan stelt zijn bestaan in vraag.
Als het wel bestaat, is de maan waarschijnlijk een groot object van Neptunus-formaat dat in een baan om een nog grotere gasreuzenplaneet draait. Maar het logge systeem belast het begrip van hoe het zich heeft gevormd, aldus onderzoekers.
In juli 2017 kondigden wetenschappers met tegenzin de mogelijke ontdekking van een exomoon aan. Een kandidaat-planeet die door NASA's Kepler-telescoop werd geïdentificeerd, onthulde scheve dalingen in het licht dat van de ster van de planeet stroomde, wat de mogelijkheid van een maan suggereert. Nadat exomoon-jager David Kipping van de Columbia University in New York tijd op de Hubble-ruimtetelescoop had aangevraagd om de ongebruikelijke activiteit op te volgen, hebben verschillende media het onderzoek onderzocht. Dit leidde ertoe dat Kipping en Columbia's Alex Teachey, de leidende wetenschapper over de potentiële ontdekking, de mogelijkheid aankondigden van de eerste waarneming van een exomoon.
René Heller, astrofysicus bij het Max Planck Instituut in Duitsland, maakte van de gelegenheid gebruik om de Kepler-gegevens onafhankelijk te analyseren. Naast het plagen van een groottebereik voor de potentiële maan, Kepler 1625 b-i, onderzocht hij ook de mogelijke vormingsmethoden. [De meest intrigerende ontdekkingen van de buitenaardse planeet van 2017]
"Het blijkt dat Kepler 1625 b-i in feite geen goede kandidaat is voor een exomoon", vertelde Heller per e-mail aan Space.com, erop wijzend dat het oorspronkelijke onderzoeksteam zei dat de Kepler-gegevens alleen dubbelzinnig waren. (Dat is de reden waarom ze van plan waren om de Hubble-ruimtetelescoop op te volgen.) Een groot deel van het probleem komt voort uit het feit dat de moederster zo ver van de aarde verwijderd is dat het duister lijkt, wat resulteert in een slechte datakwaliteit, zei Heller.
"Het komt erop neer dat Kepler 1625 b-i tot nu toe een van de beste exomoon-kandidaten is, maar het is nog steeds geen goede kandidaat", zei Heller.
"Een klein zonnestelsel"
In het zonnestelsel van de aarde komen manen vrij veel voor; alleen Mercurius en Venus hebben geen rotsachtige of ijzige satellieten. Hoewel de meeste manen van ons zonnestelsel onherbergzaam zijn voor het leven zoals we het kennen, zijn er drie potentieel bewoonbaar. Jupiter's Europa bevat een vloeibare oceaan onder de ijzige korst van de maan. Rond Saturnus herbergt de ijzige maan Enceladus ook een oceaan, terwijl de smoggy Titan meren van methaan en ethaan heeft die een ander soort leven dan dat op aarde hadden kunnen vormen. Dus de enige bewoonbare planeet (aarde) van het zonnestelsel is in de minderheid dan de potentieel bewoonbare manen van het systeem.
Dat zou goed nieuws kunnen zijn voor mensen die op zoek zijn naar leven op manen rond andere sterren. Zelfs als maar weinig planeten in staat zijn het leven te hosten zoals we dat kennen, kunnen hun manen bewoonbaar blijken te zijn, zei Heller.
"Aan de uitdagende kant wordt verwacht dat manen aanzienlijk kleiner en lichter zijn dan hun planeten," zei Heller. 'Dat is gewoon wat we leren van waarnemingen van de manen van het zonnestelsel.'
Omdat objecten met een grotere massa of straal van veraf gemakkelijker te vinden zijn, of het nu planeten of manen zijn, maakt dat natuurlijke satellieten moeilijker te herkennen, zei Heller.
Wanneer Kepler op planeten jaagt, doet hij dat door te kijken naar het licht dat van een ster stroomt in wat wetenschappers een lichtkromme noemen. (Kepler bestudeerde niet één ster tegelijk, maar onderzocht in plaats daarvan duizenden sterren tegelijk.) Wanneer een planeet beweegt tussen zijn ster en de aarde, dimt het licht van de ster, waardoor onderzoekers de grootte van de planeet kunnen bepalen. Onderzoekers observeren meerdere passen om te bepalen hoe lang het duurt voordat de planeet om zijn ster draait.
Wat de oorspronkelijke onderzoekers opmerkten over één object, Kepler 1625 b, was dat het een vreemde secundaire dip bevatte. Heller gebruikte de openbaar beschikbare dataset van Kepler om drie doorgangen van een Jupiter-groot object dat over de ster bewoog te bestuderen, samen met enkele wiebels die veroorzaakt zouden kunnen zijn door een maan die in een baan om het object draait.
'Als, en alleen als, deze extra kronkels echt afkomstig zijn van de maan, dan is het mogelijk om de massa en straal van zowel de planeet als de maan af te leiden uit de dynamiek van het planeet-maansysteem die kan worden afgeleid uit de lichtkromme ', Zei Heller.
Heller stelde vast dat het massieve object van alles kan zijn, van een planeet die iets zwaarder is dan Saturnus tot een bruine dwerg, een bijna-ster die niet helemaal massief genoeg is om fusie in zijn kern te doen ontbranden, of zelfs een ster met een zeer lage massa (VLMS) die een tiende van de massa van de zon. De voorgestelde maan zou kunnen variëren van een aardmassasatelliet tot een rots-en-watergenoot zonder atmosfeer.
Heller concludeerde dat een Neptunus-massa-exomoon rond een gigantische planeet of een bruine massa met een lage massa niet overeen zou komen met de massa-schaalverhouding in de manen van ons zonnestelsel. Terwijl de aarde en Pluto beide grote manen hebben in vergelijking met de afmetingen van de planeten, hebben de gasreuzen van het zonnestelsel manen die dichter bij 0,01 tot 0,03 procent van de grootte van de planeten liggen, volgens het Planetary Habitability Laboratory van de Universiteit van Puerto Rico.
Eerdere theorieën voorspelden dat deze relatie zich zou uitstrekken tot grotere werelden en het bestaan van de potentiële exomoon leek uit te sluiten. Aan de andere kant zou een mini-Neptunus rond een zware bruine dwerg of een VLMS meer in overeenstemming zijn met die verhouding, zei Heller. [Waar is de maan van gemaakt?]
"Als het primaire doorlatende object een ster met een zeer lage massa is en als zijn metgezel van Neptunus echt blijkt te bestaan, dan zouden we een klein zonnestelsel in een baan rond een zonachtige ster zien op ongeveer de afstand van de aarde tot de zon Dit zou iets op zichzelf zijn! " Heller zei.
Zelfs zonder de mogelijkheid van een bewoonbare exomoon, zou het kleine zonnestelsel wetenschappers kunnen helpen begrijpen hoe werelden ontstaan, zei hij.
'Als het primaire [object] een [bruine dwerg] of een VLMS met een grote metgezel zou zijn, dan zou dit een fascinerende brug vormen tussen planeetvorming rond sterren en maanvorming rond gigantische planeten,' zei Heller.
Heller plaatste zijn onderzoek op de arXiv preprint-server.
De geboorte van manen
Met schattingen van de maan en de planeet - of ster - in de hand, besloot Heller te kijken hoe de maan zich had kunnen vormen.
'De manen in het zonnestelsel dienen als sporen van de vorming en evolutie van hun gastplaneten', zei hij in de nieuwe krant. 'Er kan dus worden verwacht dat de ontdekking van manen rond extrasolaire planeten fundamenteel nieuwe inzichten kan geven in de vorming en evolutie van exoplaneten die niet kunnen worden verkregen door alleen exoplaneten te observeren.'
Met dit in gedachten paste Heller de drie verschillende modellen van maanvorming in het zonnestelsel toe op de nieuwe potentiële exomoon.
De eerste was het impactmodel, dat beschrijft hoe wetenschappers denken dat de maan van de aarde is gevormd. Toen een groot lichaam miljarden jaren geleden tegen de aarde sloeg, creëerde het puin dat van de planeet was gesneden een nieuwe metgezel. Een bijzonder kenmerk van dit model is volgens Heller de hoge verhouding tussen satellieten en planeten. Hoewel de grote omvang van de voorgestelde maan in vergelijking met zijn gastheer consistent zou zijn met een impact, uitte hij zijn bezorgdheid dat de massa van de gastplaneet of -ster veel groter was dan die van elke planeet in het zonnestelsel van de aarde.
In het tweede model van maanvorming ontwikkelen ze zich van het gas en het stof dat overblijft nadat de planeet is geboren, en zo wordt gedacht dat de meeste manen van de gasreuzen zich hebben gevormd. De massa-schaalverhouding die de manen zoveel kleiner houdt dan hun planeten is een natuurlijk gevolg van maanvorming die optreedt in de gasarme omgeving rond een voltooide planeet, schreef Heller in de krant. Diezelfde relatie maakt deze vormingsmethode onwaarschijnlijk, zei hij.
"Als de metgezel rond Kepler 1625 b kan worden bevestigd en beide objecten kunnen worden gevalideerd als gasreuzen, dan zou het moeilijk te begrijpen zijn hoe deze twee gasplaneten mogelijk zouden kunnen zijn gevormd door een gigantische impact of in-situ accretie bij hun huidige banen rond de ster, 'schreef Heller.
De resterende mogelijkheid is dat de verre wereld een object van Neptunusformaat heeft vastgelegd. Men denkt dat de maan van Neptunus, Triton en beide Marsmanen zich op deze manier hebben gevormd. De exomoon had oorspronkelijk kunnen zijn gevormd met een metgezel op aarde, voordat hij er door de zwaartekracht van het grotere object van werd weggetrokken, zei Heller. Hij stelde vast dat het vangen van een Neptunus-massa-object door Kepler 1625 b mogelijk is op de huidige locatie van de planeet.
Maar hoewel een dergelijke opname in principe mogelijk is, vertelde Heller Space.com dat hij denkt dat het scenario "zeer onwaarschijnlijk" is.
En hoewel wetenschappers momenteel vasthouden aan die drie verschillende maanvormingsscenario's voor planeten rond de zon van de aarde, betekent dat niet dat natuurlijke satellieten geen andere manier kunnen vormen, zei Heller.
'Het is mogelijk dat dit systeem feitelijk is gevormd door een mechanisme dat we niet in het zonnestelsel hebben gezien', zei Heller.
Hij suggereerde een alternatieve theorie, vergelijkbaar met die van de vorming van een reuzenplaneet, waarbij de twee objecten begonnen als een binair systeem van rotsachtige planeten. Het paar had gas kunnen halen uit de schijf met overgebleven materiaal, zoals het proces waarbij gigantische planeten ontstaan, waarbij de toekomstige planeet meer gas verbruikt dan zijn toekomstige maan. Hij waarschuwde dat dit speculatie was en dat de twee objecten mogelijk niet stabiel zijn over lange tijdschalen.
Maar als de exomoon ter grootte van Neptunus rond Kepler 1625 b echt is, zou het nieuwe systeem een intrigerende blik kunnen werpen op maanvorming buiten het zonnestelsel, zei Heller.
De Kepler-gegevens zijn niet het enige beschikbare onderzoek. In oktober bekeken Teachey en Kipping het systeem met Hubble. De resultaten van die observaties zouden spoedig bekend moeten worden gemaakt.
Tot die tijd ziet het er echter niet goed uit voor de potentiële exomoon.
'De buitengewone claim van een exomoon wordt niet ondersteund door buitengewoon bewijs daarvoor', zei Heller.
