” Луны-это то, где планеты были в 1990-е годы", - предсказал Рене Хеллер из Института исследований Солнечной системы Макса Планка несколько лет назад. - Мы на самом краю пропасти.”
Хеллер предсказывал, что мы были близки к первым открытиям экзомунов: лун, которые вращаются вокруг внеземных планет за пределами нашей Солнечной системы. Когда в 2017 году было объявлено о возможном обнаружении экзомона, предсказание Хеллера оказалось верным. Мы не только нашли потенциальную Луну, но и ее свойства опровергли наши теории образования, точно так же как и открытия первых экзопланет.
Однако в статье, опубликованной в журнале Science в этом месяце, был предложен метод построения этой самой необычной из лун.
Когда мы удаляемся от Солнца, планеты нашей Солнечной системы становятся толпой с лунами. То как образовались эти маленькие миры объясняется тремя различными процессами
Считается, что луны в нашей Солнечной системе образовались благодаря трем различным механизмам (Э. Таскер / многие миры)
Самая обширная лунная недвижимость вращается вокруг наших газовых гигантов-Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Считается, что большинство этих спутников родились во время формирования самих планет, сформировавшись в дисках из газа, пыли и льда, которые окружали молодые миры. Эти околопланетные диски похожи на миниатюрные версии протопланетных дисков, которые вращаются вокруг молодых звезд и дают начало планетам.
Единственным исключением из этого правила является спутник Нептуна Тритон, который вращается в направлении, противоположном вращению планеты. Этот ретроградный путь не мог бы возникнуть, если бы Тритон сформировался из околопланетного диска вокруг Нептуна, который всегда вращается в том же направлении, что и формирующаяся планета. Вместо этого Тритон, скорее всего, был карликовой планетой, которая была захвачена гравитацией Нептуна во время случайной встречи.
Сценарий захвата был также предложен для двух лун Марса. Бугристые спутники напоминают астероиды и, возможно, были рождены в поясе астероидов, который находится между Марсом и Юпитером. Однако обе луны обращаются вокруг Красной планеты по круговым орбитам, которые лежат в одной плоскости, указывая на более дискообразный метод формирования. Хотя Марс слишком мал, чтобы иметь значительный околопланетный диск во время формирования, гигантский удар позже в его истории мог бы бросить мусор на орбиту. Этот диск обломков мог бы затем объединиться в две луны.
Такое бурное начало спутников Марса будет имитировать начало нашей собственной Луны. Считается, что Луна Земли образовалась, когда протопланета размером с Марс столкнулась с молодой Землей и выбросила достаточно мусора из земной мантии, чтобы сформировать наш большой естественный спутник.
Но хотя эти три механизма образования успешно объясняют спутники от крошечного Эгеона до большого Ганимеда, ни один из них не вполне соответствует Луне, найденной на орбите Кеплера-1625b.
Эта анимация представляет данные Хаббла и их наиболее подходящую кривую света для транзита экзопланеты Kepler-1625b и ее возможной Луны. (NASA GSFC / J. Koynock
Доказательства существования экзолуны были объявлены в 2017 и 2018 годах в двух работах, возглавляемых Алексом Тичи и Дэвидом Киппингом из Колумбийского университета. Небольшие вариации в орбитальном периоде Кеплера-1625b предполагали присутствие невидимого тела, которое притягивало планету. Это сопровождалось двойным падением света, когда планета проходила перед своей звездой, что указывало на то, что находящееся рядом второе тело также блокировало свет. Это был лучший признак того, что Луна находится за пределами нашей Солнечной системы.
Затем оценки размеров экзомона привели всех в недоумение. Обозначенная Kepler-1625b-i, Луна находится на длинной орбите вокруг планеты и имеет измеренную массу, аналогичную массе Нептуна. Такая большая луна не поддается готовому формированию ни по одному из вышеперечисленных трех лунных рецептов.
Модели формирования Луны в околопланетных дисках борются за создание такой большой луны, даже учитывая значительную массу Kepler-1625b, которая является Сверхразмерным Юпитером. Гигантский удар, выбрасывающий обломки размером с Нептун, должен был бы затронуть два газовых гиганта. Это, по-видимому, вряд ли было эффективно для выброса скалистого материала, учитывая их толстую атмосферу.
Даже захват Тритона трудно предвидеть из-за полетов между планетами, обычно происходящих на скоростях, слишком быстрых для захвата. В случае с Тритоном наиболее популярным сценарием является то, что Луна когда-то была частью двойной карликовой планеты, подобной Плутону и его гигантской Луне Харону. Движение вперед-назад, когда двойник вращался вокруг друг друга, позволяло одной из пар двигаться достаточно медленно, чтобы быть захваченной Нептуном, чья гравитация разорвала двойник на части и позволила брату Тритона убежать в космос. Но для того, чтобы такой механизм работал на Kepler-1625b-i, Луна должна была находиться в двойной системе с другой планетой аналогичной массы. Двойник таких больших планет даже не был замечен.
Плутон и его гигантский спутник Харон иногда описываются как двойная планетная система. Тритон мог находиться в подобной конфигурации до того, как его захватил Нептун. (снимок сделан компанией New Horizons, NASA / JHUAPL / SWRI)
Это оставило нас с возможной Луной, которая казалась слишком большой, чтобы быть реальной. Так было до публикации в этом месяце статьи Брэдли Хансена из Института теоретической физики имени Мани Баумика в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. Хансен предлагает альтернативный лунный рецепт, который начинается с Kepler-1625b, формирующегося рядом с рядом других молодых планет.
Хотя мы обычно считаем орбиты планет фиксированными, это не так в их первые дни, когда новые миры формируются в протопланетном диске. Газовый диск притягивает растущие миры, вытягивая их на новые орбиты, которые часто (но не всегда) ближе к звезде. Такая миграция может быть остановлена внезапными изменениями условий на диске, такими как резкое повышение плотности или изменение температуры. Одним из таких примеров является линия льда, за которой достаточно холодно, чтобы заморозить водяной пар в лед. Это приводит к резкому увеличению плотности твердого материала, поскольку лед присоединяется к частицам пыли и изменяет силы сопротивления на планете, потенциально останавливая ее в своих мигрирующих дорожках.
Эти планетарные знаки остановки известны как планетные ловушки и могут вызвать накопление, когда несколько молодых планет оказываются на близких орбитах.
Планеты растут, собирая пыль и газ. Эта аккреция увеличивается вместе с массой из-за усиления гравитации планеты. В результате первая планета, которая вырастет немного больше своих соседей, начнет расти быстрее, воруя строительные материалы с других планет. Это оставит одну большую планету, окруженную одной или несколькими меньшими планетами, которые не смогли собрать достаточно материала, чтобы достичь того же размера.
Во время этого всплеска роста гравитационное притяжение большей планеты к ее соседу изменится. Увеличивающееся притяжение на орбите меньшей планеты постепенно приблизит ее, позволяя легче захватить для формирования Луны, чем во время одного пролета.
Считается, что гигантская атмосфера Юпитера окружает твердое ядро, но это никогда не было замечено (NASA).
Этот прием известен как захватс выпадением . Впервые он был предложен в конце 1970-х годов как способ захвата небольших спутников вокруг Юпитера, но ранее не было показано, что он работает для планет подобного размера. При моделировании захвата при падении растущий "Кеплер-1625b" был способен тащить за собой соседнюю планету с той же массой, что и "Кеплер-1625b-i", пока второй мир не смог избежать гравитации более крупной планеты. Затем он начал вращаться вокруг гигантской луны.
Исследуя симуляции с различными массовыми планетами, Хансен также обнаружил, что меньшая планета иногда может быть выброшена наружу, а не захвачена. Это могло бы произойти и в нашей собственной Солнечной системе, когда выброшенные планеты становятся Нептуном и Ураном, чей большой объем трудно сформировать на их нынешних далеких орбитах.
Если Kepler-1625b-i является экзомоном, образованным путем захвата таяния, то другие гигантские Луны еще могут быть обнаружены. Этот класс Луны был бы неудавшимся газовым гигантом, с телом, подобным тому, что находится в ядре Юпитера. Таким образом, наблюдение за этими гигантскими экзолунами было бы похоже на наблюдение за голым газовым гигантом, дающим нам представление о том, что может находиться под удушающей, турбулентной массой огромных атмосфер газовых гигантов.
Источник.
