Das Bild eines Künstlers eines erdähnlichen Exomoons, der einen Gasriesenplaneten umkreist.
(Bild: © NASA / JPL-Caltech)
Im vergangenen Sommer gaben Wissenschaftler bekannt, dass sie den ersten Mond außerhalb des Sonnensystems gefunden haben könnten. Neue Forschungen zur Entwicklung des vermeintlichen Mondes stellen seine Existenz jedoch in Frage.
Wenn es existiert, ist der Mond höchstwahrscheinlich ein großes Objekt in Neptungröße, das einen noch größeren Gasriesenplaneten umkreist. Das unhandliche System belastet jedoch das Verständnis, wie es sich gebildet haben könnte, haben Forscher gesagt.
Im Juli 2017 kündigten Wissenschaftler widerwillig die mögliche Entdeckung eines Exomoons an. Ein vom Kepler-Teleskop der NASA identifizierter Planetenkandidat enthüllte einseitige Einbrüche in das vom Stern des Planeten ausgehende Licht, was auf die Möglichkeit eines Mondes schließen lässt. Nachdem der Exomoon-Jäger David Kipping von der Columbia University in New York Zeit für das Hubble-Weltraumteleskop angefordert hatte, um die ungewöhnlichen Aktivitäten zu verfolgen, untersuchten verschiedene Medien die Forschung. Dies veranlasste Kipping und Alex Teachey von Columbia, den leitenden Wissenschaftler für die mögliche Entdeckung, die Möglichkeit der ersten Sichtung eines Exomoons anzukündigen.
René Heller, Astrophysiker am Max-Planck-Institut in Deutschland, nutzte die Gelegenheit, um die Kepler-Daten unabhängig zu analysieren. Neben der Ermittlung eines Größenbereichs für den potenziellen Mond Kepler 1625 b-i untersuchte er auch die möglichen Bildungsmethoden. [Die faszinierendsten Entdeckungen von Alien-Planeten 2017]
"Es stellt sich heraus, dass Kepler 1625 b-i in der Tat kein guter Kandidat für einen Exomoon ist", sagte Heller per E-Mail gegenüber Space.com und wies darauf hin, dass das ursprüngliche Forschungsteam sagte, dass die Kepler-Daten allein nicht eindeutig seien. (Aus diesem Grund wollten sie das Hubble-Weltraumteleskop weiterverfolgen.) Ein großer Teil des Problems beruht auf der Tatsache, dass der Mutterstern so weit von der Erde entfernt ist, dass er dunkel erscheint, was zu einer schlechten Datenqualität führt, sagte Heller.
"Unter dem Strich ist Kepler 1625 b-i einer der besten Exomoon-Kandidaten, aber es ist immer noch kein guter Kandidat", sagte Heller.
"Ein winziges Sonnensystem"
Im Sonnensystem der Erde sind Monde ziemlich häufig; Nur Merkur und Venus haben keine felsigen oder eisigen Satelliten. Während die meisten Monde unseres Sonnensystems für das Leben, wie wir es kennen, unwirtlich sind, sind drei potenziell bewohnbar. Jupiters Europa enthält einen flüssigen Ozean unter der eisigen Mondkruste. Um den Saturn herum beherbergt der eisige Mond Enceladus auch einen Ozean, während der smogige Titan Seen aus Methan und Ethan hat, die die Bildung eines anderen Lebens als auf der Erde hätten ermöglichen können. Der einzige bewohnbare Planet des Sonnensystems (Erde) ist also den potenziell bewohnbaren Monden des Systems zahlenmäßig unterlegen.
Das könnte eine gute Nachricht für diejenigen sein, die Leben auf Monden um andere Sterne suchen. Selbst wenn nur wenige Planeten in der Lage sind, das Leben, wie wir es kennen, zu beherbergen, könnten sich ihre Monde als bewohnbar herausstellen, sagte Heller.
"Auf der herausfordernden Seite wird erwartet, dass Monde deutlich kleiner und leichter sind als ihre Planeten", sagte Heller. "Das lernen wir einfach aus Beobachtungen der Monde des Sonnensystems."
Weil Objekte mit einer größeren Masse oder einem größeren Radius aus der Ferne leichter zu finden sind, seien es Planeten oder Monde, ist es schwieriger, natürliche Satelliten zu erkennen, sagte Heller.
Wenn Kepler Planeten jagt, beobachtet er das Licht eines Sterns in einer sogenannten Lichtkurve. (Kepler untersuchte nicht jeweils einen Stern, sondern Tausende von Sternen gleichzeitig.) Wenn sich ein Planet zwischen seinem Stern und der Erde bewegt, wird das Licht des Sterns dunkler, sodass die Forscher die Größe des Planeten bestimmen können. Forscher beobachten mehrere Durchgänge, um festzustellen, wie lange der Planet braucht, um seinen Stern zu umkreisen.
Was die ursprünglichen Forscher an einem Objekt, Kepler 1625 b, bemerkten, war, dass es einen seltsamen sekundären Einbruch enthielt. Heller verwendete den öffentlich verfügbaren Datensatz von Kepler, um drei Transite eines Jupiter-großen Objekts zu untersuchen, das sich über den Stern bewegt, sowie einige Wackelbewegungen, die durch einen Mond verursacht werden könnten, der das Objekt umkreist.
"Wenn und nur wenn diese zusätzlichen Wackelbewegungen wirklich vom Mond herrühren, ist es möglich, die Masse und den Radius sowohl des Planeten als auch des Mondes aus der Dynamik des Planet-Mond-Systems abzuleiten, die aus der Lichtkurve abgeleitet werden kann ", Sagte Heller.
Heller stellte fest, dass das massive Objekt alles sein könnte, von einem Planeten, der etwas massereicher als Saturn ist, bis hin zu einem Braunen Zwerg, einem fast sternförmigen Stern, der nicht massereich genug ist, um die Fusion in seinem Kern zu entzünden, oder sogar einem Stern mit sehr geringer Masse (VLMS) ein Zehntel der Masse der Sonne. Der vorgeschlagene Mond könnte von einem Erdmassensatelliten bis zu einem Stein-Wasser-Begleiter ohne Atmosphäre reichen.
Heller kam zu dem Schluss, dass ein Neptun-Massen-Exomoon um einen riesigen Planeten oder einen braunen Zwerg mit geringer Masse nicht mit der Massenskalierungsbeziehung in den Monden unseres Sonnensystems übereinstimmen würde. Während Erde und Pluto im Vergleich zu den Planetengrößen große Monde haben, haben die Gasriesen des Sonnensystems Monde, die näher an 0,01 bis 0,03 Prozent der Planetengrößen liegen, so das Planetary Habitability Laboratory an der Universität von Puerto Rico.
Frühere Theorien sagten voraus, dass sich diese Beziehung auf größere Welten erstrecken sollte, was die Existenz des möglichen Exomoons auszuschließen scheint. Auf der anderen Seite würde ein Mini-Neptun um einen massereichen Braunen Zwerg oder ein VLMS eher diesem Verhältnis entsprechen, sagte Heller. [Woraus besteht der Mond?]
"Wenn das primäre Transitobjekt ein Stern mit sehr geringer Masse ist und sich herausstellt, dass sein Begleiter in Neptungröße tatsächlich existiert, würden wir ein winziges Sonnensystem in der Umlaufbahn um einen sonnenähnlichen Stern in etwa der Entfernung der Erde zur Sonne sehen Das wäre etwas für sich! " Sagte Heller.
Selbst ohne das Potenzial für einen bewohnbaren Exomoon könnte das winzige Sonnensystem Wissenschaftlern helfen, zu verstehen, wie sich Welten bilden, sagte er.
"Wenn das primäre [Objekt] entweder ein [Brauner Zwerg] oder ein VLMS mit einem großen Begleiter wäre, würde dies eine faszinierende Brücke zwischen der Planetenbildung um Sterne und der Mondbildung um Riesenplaneten darstellen", sagte Heller.
Heller hat seine Recherchen auf dem arXiv Preprint Server veröffentlicht.
Die Geburt der Monde
Mit Schätzungen des Mondes und des Planeten - oder Sterns - in der Hand beschloss Heller zu untersuchen, wie sich der Mond hätte bilden können.
"Die Monde im Sonnensystem dienen als Spuren der Entstehung und Entwicklung ihrer Wirtsplaneten", sagte er in der neuen Veröffentlichung. "Es ist daher zu erwarten, dass die Entdeckung von Monden um extrasolare Planeten grundlegend neue Einblicke in die Bildung und Entwicklung von Exoplaneten geben könnte, die nicht allein durch Beobachtungen von Exoplaneten erhalten werden können."
Vor diesem Hintergrund wandte Heller die drei verschiedenen Modelle der Mondbildung im Sonnensystem auf den neuen potenziellen Exomoon an.
An erster Stelle stand das Aufprallmodell, das beschreibt, wie Wissenschaftler glauben, dass sich der Mond der Erde gebildet hat. Als vor Milliarden von Jahren ein großer Körper auf die Erde prallte, schufen die vom Planeten geschnitzten Trümmer einen neuen Begleiter. Ein besonderes Merkmal dieses Modells ist laut Heller das hohe Größenverhältnis von Satelliten zu Planeten. Während die Größe des vorgeschlagenen Mondes im Vergleich zu seinem Wirt mit einem Aufprall vereinbar wäre, äußerte er seine Besorgnis darüber, dass die Masse des Wirtsplaneten oder -sterns weitaus höher sei als die eines Planeten im Sonnensystem der Erde.
Im zweiten Modell der Mondbildung entwickeln sie sich aus dem Gas und Staub, die nach der Geburt des Planeten übrig geblieben sind, und so haben sich vermutlich die meisten Monde der Gasriesen gebildet. Das Massenskalierungsverhältnis, das die Monde so viel kleiner als ihre Planeten hält, ist ein natürliches Ergebnis der Mondbildung, die in der gasarmen Umgebung eines fertigen Planeten auftritt, schrieb Heller in der Zeitung. Dieselbe Beziehung macht diese Bildungsmethode unwahrscheinlich, sagte er.
"Wenn der Begleiter um Kepler 1625 b bestätigt werden kann und beide Objekte als Gasriesenobjekte validiert werden können, ist es schwer zu verstehen, wie sich diese beiden Gasplaneten möglicherweise entweder durch einen Riesenaufprall oder durch In-situ-Akkretion bei gebildet haben könnten ihre aktuellen Umlaufbahnen um den Stern ", schrieb Heller.
Die verbleibende Möglichkeit besteht darin, dass die ferne Welt ein Objekt in Neptungröße erfasst hat. Es wird angenommen, dass sich Neptuns Mond Triton und beide Marsmonde auf diese Weise gebildet haben. Der Exomoon hätte sich ursprünglich mit einem erdgroßen Begleiter bilden können, bevor er durch die Schwerkraft des größeren Objekts von ihm weggezogen wurde, sagte Heller. Er stellte fest, dass die Erfassung eines Neptunmassenobjekts durch Kepler 1625 b am aktuellen Standort des Planeten möglich ist.
Obwohl eine solche Erfassung im Prinzip möglich ist, hält Heller Space.com gegenüber Space.com für "sehr unwahrscheinlich".
Und obwohl Wissenschaftler derzeit an diesen drei verschiedenen Mondbildungsszenarien für Planeten um die Erdsonne festhalten, heißt das nicht, dass natürliche Satelliten keinen anderen Weg bilden könnten, sagte Heller.
"Es ist möglich, dass dieses System tatsächlich durch einen Mechanismus entstanden ist, den wir im Sonnensystem nicht gesehen haben", sagte Heller.
Er schlug eine alternative Theorie vor, ähnlich der der Riesenplanetenbildung, in der die beiden Objekte als binäres System felsiger Planeten begannen. Das Paar hätte Gas aus der Scheibe des übrig gebliebenen Materials ziehen können, wie der Prozess, durch den sich Riesenplaneten bilden, wobei der zukünftige Planet mehr Gas verbraucht als sein potenzieller Mond. Er warnte davor, dass dies Spekulationen seien und dass die beiden Objekte über lange Zeiträume möglicherweise nicht stabil seien.
Wenn der Exomoon in Neptun-Größe um Kepler 1625 b real ist, könnte das neue System einen faszinierenden Einblick in die Mondbildung außerhalb des Sonnensystems geben, sagte Heller.
Die Kepler-Daten sind nicht die einzige verfügbare Forschung. Im Oktober untersuchten Teachey und Kipping das System mit Hubble. Die Ergebnisse dieser Beobachtungen sollten in Kürze bekannt gegeben werden.
Bis dahin sieht es für den möglichen Exomoon jedoch nicht gut aus.
"Die außergewöhnliche Behauptung eines Exomoons wird nicht durch außergewöhnliche Beweise dafür gestützt", sagte Heller.
