Ett par astronomer från Columbia University som använder NASA:s Hubble Space Telescope och Kepler Space Telescope har samlat övertygande bevis för att det finns en måne som kretsar kring en gasjätteplanet 8, 000 ljusår bort.

I en artikel publicerad 3 oktober i tidskriften Vetenskapens framsteg , Alex Teachey och David Kipping rapporterar att upptäckten av en kandidatexomoon – det vill säga, månar som kretsar kring planeter i andra stjärnsystem – är ovanligt på grund av sin stora storlek, jämförbar med diametern på Neptunus. Sådana gigantiska månar finns inte i vårt eget solsystem, där nästan 200 naturliga satelliter har katalogiserats.

"Detta skulle vara det första fallet att detektera en måne utanför vårt solsystem, sa Kipping, en biträdande professor i astronomi vid Columbia. "Om det bekräftas av uppföljande Hubble-observationer, Fyndet kan ge viktiga ledtrådar om utvecklingen av planetsystem och kan få experter att se över teorier om hur månar bildas runt planeter."

När du letar efter exomuner, forskarna analyserade data från 284 Kepler-upptäckta planeter som var i jämförelsevis breda banor, med perioder som är längre än 30 dagar, runt sin värdstjärna. Observationerna mätte den tillfälliga dämpningen av stjärnljuset när en planet passerade framför sin stjärna, kallas transit. Forskarna hittade ett exempel, i Kepler 1625b, som hade spännande anomalier.

"Vi såg små avvikelser och vinglar i ljuskurvan som fångade vår uppmärksamhet, " sa Kipping.

Kepler-resultaten räckte för att teamet skulle få 40 timmars tid med Hubble för att intensivt studera planeten, erhåller data fyra gånger mer exakt än Keplers. Forskarna övervakade planeten före och under dess 19 timmar långa passage över stjärnans ansikte. Efter det tog slut, Hubble upptäckte en andra och mycket mindre minskning av stjärnans ljusstyrka 3,5 timmar senare, överensstämmer med "en måne som följer planeten som en hund som följer sin ägare i koppel, " sa Kipping. "Tyvärr, de planerade Hubble-observationerna slutade innan månens fullständiga transit kunde mätas."

Förutom detta dopp i ljus, Hubble gav stöd för månhypotesen genom att mäta att planeten började sin transitering 1,25 timmar tidigare än förutspått. Detta stämmer överens med att planeten och månen kretsar kring en gemensam tyngdpunkt (barycenter) som skulle få planeten att vackla från sin förutsedda plats.

"En utomjordisk civilisation som ser jorden och månen passera solen skulle notera liknande anomalier i tidpunkten för jordens transitering, " sa Kipping.

Forskarna noterar att denna anomali i princip kan orsakas av gravitationskraften från en hypotetisk andra planet i systemet, även om Kepler inte hittade några bevis för ytterligare planeter runt stjärnan under sitt fyraåriga uppdrag.

"En sällskapsmåne är den enklaste och mest naturliga förklaringen till den andra nedgången i ljuskurvan och avvikelsen i omloppstiden, " sa huvudförfattaren Teachey, NSF Graduate Fellow i astronomi vid Columbia. "Det var ett chockerande ögonblick att se den där ljuskurvan, mitt hjärta började slå lite snabbare och jag fortsatte bara titta på den signaturen. Men vi visste att vårt jobb var att hålla koll på alla tänkbara sätt på vilka data kunde lura oss tills vi inte hade någon annan förklaring."

Månen beräknas vara endast 1,5 procent av massan av sin följesplanet, som själv uppskattade vara flera gånger massan av Jupiter. Detta värde ligger nära massförhållandet mellan jorden och dess måne. Men i fallet med jord-månesystemet och Pluto-Charon-systemet – den största av de fem kända naturliga satelliterna på dvärgplaneten Pluto – antas en tidig kollision med en större kropp ha sprängt bort material som senare smälte samman till en måne. Kepler 1625b och dess satellit, dock, är gasformiga, inte stenigt, och, därför, en sådan kollision kanske inte leder till kondensering av en satellit.

Exomuner är svåra att hitta eftersom de är mindre än deras följesplanet och därför är deras transitsignal svag; de skiftar också position med varje transit eftersom månen kretsar runt planeten. Dessutom, de idealiska kandidatplaneterna som är värd för månar är i stora banor, med långa och sällsynta transittider. I denna sökning, månen i storleken Neptunus skulle ha varit bland de lättaste att först upptäcka på grund av sin stora storlek.

Värdplaneten och dess måne ligger inom solmasstjärnans (Kepler 1625) beboeliga zon, där måttliga temperaturer tillåter förekomsten av flytande vatten på vilken solid planetaryta som helst. "Båda kropparna, dock, anses vara gasformiga och därför olämpliga för livet som vi känner det, " sa Kipping.

Framtida sökningar kommer att riktas mot planeter i storleken Jupiter som är längre bort från sin stjärna än vad jorden är från solen. Det finns bara en handfull av dessa i Kepler-databasen. NASA:s kommande James Webb rymdteleskop kan verkligen "städa upp" i satellitsökningen, sa Kipping. "Vi kan förvänta oss att se riktigt små månar."