Ett framtida rymdobservatorium skulle kunna använda exo-förmörkelser för att reta ut exomoonpopulationer.
Om du är som oss, kommer du fortfarande ner från den himmelska eufori som var förra månadens totala solförmörkelse. Skådespelet med månen som blockerar solen har också gett astronomer unika vetenskapliga möjligheter tidigare, från upptäckten av helium till bevis för allmän relativitet. Nu kan förmörkelser i avlägsna exoplanetära system hjälpa till i jakten på svårfångade exomuner.
En nyligen genomförd studie från University of Michigan i samarbete med Johns Hopkins APL och Department of Physics och Kavli Institute for Astrophysics and Space Research vid Massachusetts Institute of Technology med titeln "Exomoons &Exorings with the Habitable Worlds Observatory I:On the Detection av Earth-Moon Analog Shadows &Eclipses," publicerad på arXiv preprint-server, ser ut att använda ett framtida uppdrag för att jaga förmörkelser, transiter och ockultationer i avlägsna system.
"HWO kommer sannolikt att kunna upptäcka exomuner med hjälp av en mängd olika detektionsmetoder, till skillnad från befintliga observatorier," sa Mary Anne Limbach (University of Michigan) huvudförfattare till studien till Universe Today. "I ett system där vi upptäcker en exomåne via en exo-förmörkelse, kanske vi kan observera andra signaturer, som ljus från månen inom månens och planetens kombinerade reflekterade ljusspektrum."
Det föreslagna Habitable Worlds Observatory (HWO) härrörde från LUVOIR-B-konceptet (Large Ultraviolet Optical and Infrared explorer). Detta lyftes fram i Astro2020 Decadal Survey för rymdbaserad astronomi. HWO skulle arbeta från sol-Earth L2 Lagrange-punkten (det nuvarande hemmet för Euclid och JWST) och lansera på antingen en SLS eller Falcon Heavy någon gång i mitten av 2030-talet.
HWO skulle använda en frittflygande "stjärnsköld", som gör det möjligt för den att observera exoplaneter som kretsar runt stjärnor direkt. Men det som verkligen lockar observatörer är tanken på att se stora månar kretsa kring nämnda planeter. Hittills har påståenden om exomoondetektioner som Kepler-1625b och Kepler-1708b förblivit svårfångade. Men om dessa månar kretsar runt sina respektive ekliptiska plan, skulle vi se avslöjande sänkningar i ljusstyrka när dessa månar passerar in i planetens skugga, och sedan kasta sina skuggor tillbaka på värdprimären.
Inom astronomi kallar vi detta förmörkelse-transitmönster för en serie ömsesidiga händelser, när en kropp passerar framför en annan. I vårt eget solsystem är Jupiter ett utmärkt exempel på detta. Jorden och månen upplever liknande typer av händelser två gånger om året under vad som kallas förmörkelsesäsonger.
"HWO:s primära uppdrag är att söka efter signaturer av liv på planeter som kretsar kring andra stjärnor. För att uppnå detta kommer HWO att behöva observera många närliggande stjärnsystem, ibland flera dagar åt gången", säger Limbach.
"Under dessa observationer kommer HWO att mäta det reflekterade ljuset från de direkt avbildade planeterna i systemet. Om en exo-förmörkelse (eller transit) inträffar under denna tid skulle vi observera betydligt mindre ljus från planeten under förmörkelsen (upp till ca. 30 % mindre för en jord-måne-analog, beroende på omloppsfasen)."
Vi har redan en aning om hur en "exo-förmörkelse" eller transithändelse kan se ut på avstånd. År 2008 använde NASA om Deep Impact-rymdfarkosten för vad som var känt som EPOXI (en kombination av två akronymer:Deep Impact Extended Investigation och Extrasolar Planet Observation and Characterization-uppdragen). När vi ser tillbaka på jorden-månesystemet såg EPOXI en serie transiter. Dessa ger forskare en uppfattning om hur en sådan händelse kan se ut.
Habitable Worlds Observatory skulle arbeta i nära-infrarött, ett band där stora månar kan överglänsa sina värdvärldar. Med ett analogt jord-månesystem förväntas HWO se 2–20 ömsesidiga händelser på 10 parsecs avstånd. Större gasjättehändelser kan upptäckas på 20 parsecs bort.
"Eftersom flera exomoondetekteringsmetoder kommer att vara tillgängliga för HWO och vi förutspår att dessa kommer att underlätta exomoondetektering, kan HWO kunna avslöja allmän information om exomooner som en population, till exempel hur vanliga eller sällsynta stora månar runt jordliknande planeter är, eller de fysiska omständigheterna under vilka exomuner lätt kan hittas", säger Jacob Lustig-Yager (University of Washington). "Om HWO kan upptäcka många exomuner, kan detta öppna dörren för sådana befolkningsstudier i framtiden."
För att vara säker kommer det att vara svårt att upptäcka exomuner via exo-förmörkelserna de producerar. Detta kommer att representera själva spetsen för vad även Habitable Worlds Observatory kan. Denna metod kommer också att behöva kämpa med falska signaler. Dessa inkluderar möjliga "exoringar" och till och med vädervariationer och rotation som ändrar albedo eller övergripande ljusstyrka för värdprimären.
På plussidan noterar forskare att yngre system borde producera fler ömsesidiga händelser. Tänk på jorden-månesystemet tidigt i dess historia när månen först slets från jorden och var mycket närmare. Denna urmåne skulle ha skymtat upp på himlen och skapat massor av förmörkelser.
"Nästa aspekt vi undersöker är den spektroskopiska detekterbarheten av 'jordliknande' månar som kretsar kring gasjätteplaneter i den beboeliga zonen", säger Limbach. "Medan sådana månar ofta har avbildats i populärkulturen (t.ex. Endor och Pandora), kan HWO vara det första observatoriet som kan upptäcka och karakterisera dem, om de skulle existera."
I slutändan kan de beskrivna metoderna leda till upptäckt av en hel population av exomuner, vilket gör att vi med viss auktoritet kan säga hur vanliga de är i kosmos.
