迄今為止，在 5300 多顆已知系外行星中，只有兩顆提供了圍繞它們運行的??衛(wèi)星的證據(jù)。在開普勒和哈勃太空望遠鏡對行星 Kepler-1625b 和 Kepler-1708b 的觀測中，研究人員首次發(fā)現(xiàn)了此類衛(wèi)星的蹤跡。現(xiàn)在一項新的研究對之前的這些說法提出了質(zhì)疑。德國馬克斯·普朗克太陽系研究所(MPS)和索南伯格天文臺的科學家今天在《自然天文學》雜志上報告稱，對觀測結(jié)果的“僅限行星”解釋更具說服力。在他們的分析中，研究人員使用了他們新開發(fā)的計算機算法潘多拉(Pandora)，該算法促進并加速了外衛(wèi)星的搜索。他們還研究了在現(xiàn)代天基天文觀測中原則上可以發(fā)現(xiàn)什么樣的外衛(wèi)星。他們的回答相當令人震驚。

在我們的太陽系中，一顆或多顆行星圍繞一顆或多顆衛(wèi)星運行是一種規(guī)律，而不是例外：除了水星和金星之外，所有其他行星都有這樣的伴星;以氣態(tài)巨行星土星為例，迄今為止，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了 140 顆天然衛(wèi)星。因此，科學家認為遙遠恒星系統(tǒng)中的行星也可能擁有衛(wèi)星。然而，到目前為止，只有兩種情況下存在此類外衛(wèi)星的證據(jù)：Kepler-1625b 和 Kepler-1708b。這種低產(chǎn)量并不奇怪。畢竟，遙遠的衛(wèi)星自然比它們的母星小得多，因此更難找到。而且梳理數(shù)千顆系外行星的觀測數(shù)據(jù)來尋找衛(wèi)星的證據(jù)是極其耗時的。

為了使搜索變得更容易、更快，這項新研究的作者依靠他們自己開發(fā)和優(yōu)化的搜索算法來搜索系外衛(wèi)星。他們?nèi)ツ臧l(fā)布了他們的方法，并且該算法可以作為開源代碼提供給所有研究人員。當應(yīng)用到 Kepler-1625b 和 Kepler-1708b 的觀測數(shù)據(jù)時，結(jié)果令人驚訝。“我們希望證實在 Kepler-1625b 和 Kepler-1708b 周圍發(fā)現(xiàn)了系外衛(wèi)星，”這項新研究的第一作者、MPS 科學家 René Heller 博士說道。“但不幸的是，我們的分析顯示并非如此，”他補充道。

外衛(wèi)星的捉迷藏

五年前，類似木星的行星 Kepler-1625b 成為了頭條新聞。紐約哥倫比亞大學的研究人員報告了強有力的證據(jù)，表明其軌道上有一顆巨大的衛(wèi)星，這將使太陽系中的所有衛(wèi)星都相形見絀。科學家們分析了美國宇航局開普勒太空望遠鏡的數(shù)據(jù)，該望遠鏡在 2009 年至 2013 年的第一次任務(wù)中觀察到了超過 10 萬顆恒星，并發(fā)現(xiàn)了 2000 多顆系外行星。然而，在 2018 年發(fā)現(xiàn)這一發(fā)現(xiàn)之后的幾年里，外月候選者迫使天文學家玩起了宇宙版的捉迷藏。首先，在開普勒數(shù)據(jù)清除系統(tǒng)噪聲后，它就消失了。然而，在哈勃太空望遠鏡的進一步觀察中，我們再次發(fā)現(xiàn)了線索。去年，這個非凡的系外衛(wèi)星候選者得到了陪伴：根據(jù)紐約研究人員的說法，另一顆比地球大得多的巨型衛(wèi)星繞著木星大小的行星 Kepler-1708b 運行。

正確的搭配

“系外衛(wèi)星距離我們太遠了，即使使用最強大的現(xiàn)代望遠鏡，我們也無法直接看到它們，”雷內(nèi)·海勒博士解釋道。相反，望遠鏡記錄遙遠恒星的亮度波動，其時間序列稱為光曲線。然后研究人員在這些光變曲線中尋找衛(wèi)星的跡象。如果從地球上看，一顆系外行星經(jīng)過其恒星前方，它會使恒星變暗一小部分。這種事件稱為凌日，它隨著行星繞恒星的軌道周期定期重復(fù)發(fā)生。伴隨該行星的系外衛(wèi)星也會產(chǎn)生類似的變暗效應(yīng)。然而，它在光變曲線中的痕跡不僅會明顯減弱。由于月球和行星繞著它們共同的重心運動，光曲線的這種額外變暗將遵循一種相當復(fù)雜的模式。還有其他影響需要考慮，例如行星月食、恒星的自然亮度變化以及望遠鏡測量期間產(chǎn)生的其他噪聲源。

盡管如此，為了探測衛(wèi)星，紐約研究人員和他們的德國同事首先計算了數(shù)百萬條“人造”光變曲線，計算出所有可能的行星和衛(wèi)星的大小、相互距離和軌道方向。然后，算法將這些模擬的光變曲線與觀察到的光變曲線進行比較，并尋找最佳匹配。來自哥廷根和 Sonneberg 的研究人員使用了他們的開源算法 Pandora，該算法針對搜索外衛(wèi)星進行了優(yōu)化，并且可以比以前的算法快幾個數(shù)量級來解決此任務(wù)。

沒有月亮的蹤跡

以 Kepler-1708b 行星為例，德國二人組現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，沒有月球的情況可以像有月球的情況一樣準確地解釋觀測數(shù)據(jù)。這項新研究的合著者、索內(nèi)伯格天文臺的邁克爾·希普克 (Michael Hippke) 表示：“月球繞開普勒 1708b 運行的可能性明顯低于之前報道的。” “數(shù)據(jù)并不表明 Kepler-1708b 周圍存在外衛(wèi)星，”Hippke 繼續(xù)說道。

有很多跡象表明 Kepler-1625b 也沒有巨大的伴星。此前，開普勒和哈勃望遠鏡曾觀測到這顆行星在其恒星前方的凌日現(xiàn)象。德國研究人員現(xiàn)在認為，恒星在其圓盤上的瞬時亮度變化(一種稱為恒星邊緣變暗的效應(yīng))對擬議的外月信號具有至關(guān)重要的影響。例如，太陽圓盤的邊緣看起來比中心更暗。然而，根據(jù)您是通過開普勒望遠鏡還是哈勃望遠鏡觀察 Kepler-1625b 的母星，這種臨邊變暗效應(yīng)看起來會有所不同。這是因為開普勒和哈勃對它們接收到的不同波長的光很敏感。哥廷根和索內(nèi)伯格的研究人員現(xiàn)在認為，他們對這種效應(yīng)的建模比巨大的系外衛(wèi)星更能確實地解釋數(shù)據(jù)。

他們新的、廣泛的分析還表明，外衛(wèi)星搜索算法經(jīng)常產(chǎn)生誤報結(jié)果。一次又一次，他們“發(fā)現(xiàn)”了一顆衛(wèi)星，而實際上只有一顆行星經(jīng)過其主恒星。在像 Kepler-1625b 這樣的光變曲線的情況下，“誤擊”率可能約為 11%。海勒說：“我們紐約同事早期提出的系外衛(wèi)星主張是在數(shù)十顆系外行星周圍尋找衛(wèi)星的結(jié)果。” “根據(jù)我們的估計，假陽性結(jié)果一點也不令人驚訝，但幾乎是可以預(yù)料到的，”他補充道。

奇怪的衛(wèi)星

研究人員還使用他們的算法來預(yù)測實際外衛(wèi)星的類型，這些外衛(wèi)星可以在開普勒等光變太空任務(wù)中清楚地檢測到。根據(jù)他們的分析，使用當前技術(shù)只能探測到在較寬軌道上繞行星運行的特別大的衛(wèi)星。與我們熟悉的太陽系衛(wèi)星相比，它們都有些奇怪：至少是太陽系最大衛(wèi)星木衛(wèi)三的兩倍大，因此幾乎和地球一樣大。海勒說：“在未來的觀測中，例如柏拉圖任務(wù)中，將發(fā)現(xiàn)的第一顆系外衛(wèi)星肯定會非常不尋常，因此探索起來令人興奮。”