JWST не нашёл экзолун — но доказал, что может их искать правильно

Телескоп Джеймса Уэбба работает уже несколько лет и совершил множество открытий в космологии и астрофизике. Однако одного он так и не обнаружил — экзолун, то есть спутников планет в других звёздных системах. Учёные ожидали, что JWST найдёт их много, но этого не произошло. Парадоксально, но отрицательный результат оказался ценной информацией: он помог переосмыслить подход к поиску и понять реальные возможности телескопа.

Почему JWST не находил экзолуны

Предыдущие попытки обнаружить экзолуны полагались на единичные наблюдения транзитов планет. Например, JWST наблюдал газовый гигант Kepler-167 e в надежде заметить небольую луну на его орбите. Но помешал так называемый «красный шум» — медленные, блуждающие изменения в работе детектора. Они возникают, когда детектор нагревается, его направление слегка смещается или на поверхности звезды появляются солнечные пятна. Этот шум делал невозможным обнаружение лун меньше Земли.

Новый метод: усреднение данных

Астроном Дэвид Киппинг из Колумбийского университета предложил иной подход. Ключ — в усреднении данных с нескольких транзитов одной планеты. Экзолуны подчиняются законам физики и должны находиться в определённом месте в определённое время. Напротив, приборные глюки и солнечные пятна не повторяются одинаково при каждом наблюдении. Со временем эти помехи сглаживаются, оставляя чистый вид звёздного света.

Тестирование на LP 890-9 c

Киппинг проанализировал данные JWST о планете LP 890-9 c — скалистом экзопланете, обращающейся вокруг ультрахолодного красного карлика на расстоянии примерно 105 световых лет от Земли. Планета имеет орбитальный период 8,46 дня и находится в потенциально обитаемой зоне своей звезды. Главное преимущество — JWST наблюдал её часто и долго: Киппинг смог проанализировать данные с 12 разных транзитов.

Один из 12 транзитов страдал от заметного «красного шума». Но когда его данные объединили с данными всего одного «чистого» транзита, чувствительность к обнаружению экзолуны значительно возросла. Результат был нулевым, но показательным: авторы подтвердили с 95%-й уверенностью, что вокруг LP 890-9 c нет лун больше 0,1 земного радиуса. Это означает отсутствие объектов размером с Ио, Европу или Энцелад. Но это был самый чувствительный поиск лун вне Солнечной системы из когда-либо проводившихся.

Почему именно эта планета

Киппинг не ожидал найти луну. LP 890-9 c обращается на расстоянии 0,04 астрономической единицы от звезды — менее чем в одной десятой расстояния между Солнцем и Меркурием. Гравитационные приливные силы от звезды здесь чудовищны. За миллиарды лет эти силы либо сорвут луну с орбиты, отправив её в космос, либо втянут внутрь, превратив в кольца. Луна вокруг LP 890-9 c просто не выжила бы.

Киппинг выбрал эту планету не для поиска, а как доказательство концепции. Исследование показало, что JWST не имеет «потолка шума», который препятствовал бы обнаружению относительно небольших лун, как предполагали многие астрономы в последние годы. Телескоп вполне способен находить луны размером с нашу Луну — при условии, что астрономы будут наблюдать несколько транзитов.

Главное препятствие — время

Однако это легче сказать, чем сделать. Время наблюдений на JWST — один из самых дорогих ресурсов в астрономии. Телескоп занят всем: от изучения ранних эпох Вселенной до отслеживания лун в нашей системе. Но если учёные хотят найти первую экзолуну с помощью этого метода, это выглядит осуществимо. Нужно только больше времени на телескопе.

Это данные исследования, опубликованного в препринте на arXiv, а не медицинский или астрономический совет.