Inom solsystemet är det mesta av vår astrobiologiska forskning inriktad på Mars, som anses vara den näst mest beboeliga kroppen bortom jorden. Framtida ansträngningar är dock inriktade på att utforska isiga satelliter i det yttre solsystemet som också kan vara beboeliga (som Europa, Enceladus, Titan och mer). Denna dikotomi mellan terrestra (steniga) planeter som kretsar inom sina ett systems beboeliga zoner (HZ) och isiga månar som kretsar längre från sina moderstjärnor förväntas informera framtida extrasolära planetundersökningar och astrobiologiforskning.

Faktum är att vissa tror att exomuner kan spela en viktig roll för exoplaneternas beboelighet och kan också vara ett bra ställe att leta efter liv bortom solsystemet. I en ny studie undersökte ett team av forskare hur exomons omloppsbana runt sina föräldrakroppar kan leda till (och sätta gränser för) tidvattenuppvärmning – där gravitationsinteraktion leder till geologisk aktivitet och uppvärmning i det inre. Detta kan i sin tur hjälpa exoplanetjägare och astrobiologer att avgöra vilka exomuner som är mer benägna att vara beboeliga.

Forskningen utfördes av doktoranden Armen Tokadjian och professor Anthony L. Piro från University of Southern California (USC) och The Observatories of the Carnegie Institution for Science. Uppsatsen som beskriver deras fynd ("Tidal Heating of Exomoons in Resonance and Implications for Detection") dök nyligen upp online och har skickats in för publicering i Astronomical Journal . Deras analys inspirerades till stor del av närvaron av månsystem med flera planeter i solsystemet, såsom de som kretsar kring Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus.

I många fall tros dessa isiga månar ha inre hav till följd av tidvattenuppvärmning, där gravitationsinteraktion med en större planet leder till geologisk verkan i det inre. Detta gör i sin tur att flytande hav kan existera på grund av närvaron av hydrotermiska öppningar vid gränsen mellan kärnan och manteln. Värmen och kemikalierna som dessa ventiler släpper ut i haven kan göra dessa "Ocean Worlds" potentiellt beboeliga - något forskare har hoppats på att undersöka i årtionden. Som Tokadjian förklarade för Universe Today via e-post:

"När det gäller astrobiologi kan tidvattenuppvärmning öka yttemperaturen på en måne till ett område där flytande vatten kan existera. Således kan även system utanför den beboeliga zonen motivera ytterligare astrobiologiska studier. Till exempel är Europa värd för ett flytande hav på grund av tidvatteninteraktioner med Jupiter, fastän den ligger utanför solsystemets islinje."

Med tanke på hur rikligt med "Ocean Worlds" finns i solsystemet, är det troligt att liknande planeter och multi-moon system kan hittas i hela vår galax. Som Piro förklarade för Universe Today via e-post, har närvaron av exomuner många viktiga konsekvenser för livet, inklusive:

• Stora månar som vår egen kan stabilisera planetens axiella lutning, så planeten har regelbundna årstider
• Tidvatteninteraktioner kan förhindra att planeter tidvatten låser sig med sin värdstjärna, vilket påverkar klimatet
• Månar kan tidvattenvärma en planet och hjälpa den att behålla en smält kärna, vilket har många geologiska implikationer
• När en gasformig planet befinner sig i en stjärnas beboeliga zon kan månen själv vara värd för liv (tänk på Endor eller Pandora)

Under de senaste decennierna har geologer och astrobiologer teoretiserat att månens bildning (för ca 4,5 miljarder år sedan) spelade en stor roll i livets uppkomst. Vårt planetariska magnetfält är resultatet av att dess smälta yttre kärna roterar runt en solid inre kärna och i motsatt riktning av planetens egen rotation. Närvaron av detta magnetfält skyddar jorden från skadlig strålning och är det som gjorde att vår atmosfär kunde förbli stabil över tiden – och inte långsamt skalas bort av solvinden (vilket var fallet med Mars).

Kort sagt kan interaktionerna mellan en planet och dess satelliter påverka beboeligheten för båda. Som Tokadjian och Piro visade i en tidigare uppsats med två kandidatexoplaneter som exempel (Kepler-1708 b-i och Kepler-1625 b-i), kan närvaron av exomuner till och med användas för att utforska exoplaneternas inre. När det gäller flermånssystem, sa Tokadjian och Piro, beror mängden tidvattenuppvärmning på flera faktorer. Som Piro illustrerade:

"När en planet höjer tidvatten på en måne, överförs en del av energin som lagras av deformationen till att värma månen. Denna process är beroende av många faktorer, inklusive månens inre struktur och storlek, planetens massa, planeten -månseparation, och månens orbitala excentricitet. I ett flermånssystem kan excentriciteten exciteras till relativt höga värden om månarna är i resonans, vilket leder till betydande tidvattenuppvärmning."

"I Armens arbete visar han på ett snyggt sätt, i analogi med tidvattenuppvärmningen vi ser för Io runt Jupiter, att resonansinteraktioner mellan flera månar effektivt kan värma upp exomuner. Med "resonant" menar vi fallet där månens perioder lyder något heltal multipla (som 2 till 1 eller 3 till 2) så att deras banor gravitationsmässigt "sparkar" varandra regelbundet."

I sin tidning betraktade Tokadjian och Piro månar i en 2:1 orbital resonans runt planeter av varierande storlek och typ (dvs mindre steniga planeter till Neptunusliknande gasjättar och Super-Jupiters). Enligt deras resultat kommer den största tidvattenuppvärmningen att inträffa i månar som kretsar kring steniga jordliknande planeter med en omloppsperiod på två till fyra dagar. I det här fallet var tidvattenljusstyrkan över 1 000 gånger den för Io, och tidvattentemperaturen nådde 480 K (~207 °C; 404 °F).

Dessa fynd kan få drastiska konsekvenser för framtida exoplanet- och astrobiologiska undersökningar, som utökas till att omfatta sökandet efter exomuner. Även om uppdrag som Kepler har upptäckt många exomoon-kandidater, har ingen bekräftats eftersom exomooner är otroligt svåra att upptäcka med konventionella metoder och nuvarande instrument. Som Tokadjian förklarade, kan tidvattenuppvärmning erbjuda nya metoder för exomoondetektering:

"First, we have the secondary eclipse method, which is when a planet and its moon move behind a star resulting in a dip in stellar flux observed. If the moon is significantly heated, this secondary dip will be deeper than what is expected from the planet alone. Second, a heated moon will likely expel volatiles like sodium and potassium through volcanism much like the case of Io. Detecting sodium and potassium signatures in the atmospheres of exoplanets can be a clue for exomoon origin."

In the coming years, next-generation telescopes like the James Webb (which will be releasing its first images on July 12th) will rely on their combination of advanced optics, IR imaging, and spectrometers to detect chemical signatures from exoplanet atmospheres. Other instruments like the ESO's Extremely Large Telescope (ELT) will rely on adaptive optics that will allow for Direct Imaging of exoplanets. The ability to detect chemical signatures of exomoons will greatly increase their ability to find potential signs of life. + Utforska vidare

These are the best places to search for habitable exomoons