dissabte, 15 de gener de 2022

L’exolluna Kepler-1708b-i: una Superterra al voltant d’un Júpiter

Astronomia: David Kipping, professor ajudant d’astronomia a la Columbia University, ha liderat una investigació sobre 70 exoplanetes gegants “freds” (amb una certa distància orbital del seu estel) per identificar-hi possibles satèl·lits. En un article a Nature Astronomy

Kipping et al. postulen un candidat, Kepler-1708b-i. L’equip de Kipping ja havia identificat fa uns anys el primer candidat Kepler-1625b-i. Som, doncs, davant d’una línia de recerca basada en les dades del telescopi espacial Kepler que, després d’examinar la lluminositat de 530.506 estels detectà 2.662 planetes a través de la tècnica del trànsit (quan el planeta passa des del punt de vista del telescopi per damunt del disc estel·lar hi ha una caiguda de la lluminositat). Dels 70 planetes gegants examinats per Kipping et al., únicament passa tot el triatge Kepler-1708b. Kepler-1708b és una planeta de la mida de Júpiter que orbita un estel quiescent semblant al nostre Sol a una distància de 1,6 unitats astronòmiques. El senyal del satèl·lit Kepler-1708b-i és persistent (amb una robustesa de 4,8 sigmes). Kepler-1708b-i és un satèl·lit gegant, de 2,6 radis terrestres: una Superterra orbitant un Júpiter! Kepler-1708b-i orbita Kepler-1708b a una distància de 12 radis planetaris. Kipping et al. consideren, però, que caldrà validar aquest candidat amb observacions ulteriors.

Canvis en la intensitat lluminosa de l’estel Kepler-1708

La recerca d’exosatèl·lits

David Kipping realitzà la reducció, anàlisi i interpretació de dades i ha redactat la major part del text. Steve Bryson, del NASA Ames Research Center, de Mountain View (Califòrnia) realitzà l’anàlisi de centroide i la corresponent interpretació. Chris Burke, del Masachusetts Institute of Technology, realitzà l’anàlisi de KeplerPORTs. Jessie Christiansen i Kevin Hardegree-Ullman, del Caltech/IPAC-NASA Exoplanet Science Institute, de Pasadena, feren la validació vespa. Billy Quarles (de la Valdosta State University, de Geòrgia), Brad Hansen (de la UCLA) i Judit Szulágyi (de l’ETH de Zuric) redactaren la interpretació de la formació i evolució. Alex Teachey (de l’Academia Sinica de Taipei) assessorà sobre els càlculs de falsos positius i les morfologies de senyals.

Aquesta recerca s’ha finançat amb donants privats, i amb projectes de la NASA i del Consell Europeu de la Recerca. Les anàlisis es van fer en el marc d’un projecte del supercomputador de la NASA PLEIADES. S’han fet servir dades de la missió Kepler de la NASA i de la missió GAIA de l’ESA.

Enguany farà trenta anys de la primera detecció d’exoplanetes assumida pel consens científic. Des de llavors s’han registrat més de 4000 exoplanetes. Són tots planetes primaris, és a dir que orbiten directament al voltant de l’estel corresponent. Així com hi ha exoplanetes primaris, bé que n’hi ha d’haver d’exoplanetes secundaris, és a dir satèl·lits de planetes o llunes.

Una bona part dels exoplanetes coneguts s’ha identificat en trànsit sobre el disc estel·lar, per la reducció periòdica que produeixen sobre la lluminositat de l’estel. És amb aquesta tècnica que hom hauria de buscar exollunes. La detecció per trànsit, però, suposa un biaix cap a planetes d’òrbita tancada (“planetes calents”), en les quals és més difícil que es mantinguin satèl·lits per raons dinàmiques. De tota manera, en la llarga llista de planetes en trànsit identificats per la missió Kepler hi ha una petita mostra de període llarg (> 1 any). Són els planetes gegants de període llarg els més prometedors per a la recerca d’exollunes.

Kepler-1625b és un planeta de la mida de Júpiter situat a una distància del seu estel (Kepler-1625) d’1 unitat astronòmica. Variacions en la signatura del trànsit d’aquest planeta, estimades pel fotòmetre del Telescopi Espacial Hubble, permetien deduir la possible presència d’un satèl·lit de la mida de Neptú. Kepler-1625b-i seria una exolluna gegant, explicable potser per captura planetària i/o pel fet que Kepler-1625 era dotat inicialment d’un disc circumplanetari massiu.

Una selecció de setanta planetes

El 27 de març del 2018, Kipping et al. es descarregaren el NASA Exoplanet Archive (NEA). Cercaren objectes identificats per la missió Kepler i no descartats com a falsos positius que fossin prou grans (amb un radi planetari superior a 0,5 radis jovians). Un altre filtre són una temperatura superficial prevista inferior a 300 K i un període orbital superior a 400 dies. Amb tots aquests condicionants, extragueren 48 KOI (objectes d’interès Kepler). D’aquests 48 foren exclosos els que presentaven radis planetaris superiors a 2 radis jovians. Així els quedaven 41 candidats.

Dels candidats exigien que Kepler hagués observat almenys dos trànsits. Això tan sols ho complien 36 dels 41 candidats. Mitjançant una repesca basada en altres recerques, ampliaren la llista fins a arribar a 45 planetes gegants freds.

El 12 de juny del 2019 feren una nova cerca al ENA i aconseguiren d’incorporar 24 gegants freds addicionals. Ara la llista els arribava, amb les correccions oportunes, a 62 planetes. Noves addicions mesos més tard dugueren a establir un catàleg de 73 planetes gegants freds. Per motius de soroll de senyal hagueren de descartar tres, i se’n quedaren amb 70.

Dels 70 planetes es prenien arxius de corba de llum del Mikulski Archive for Space Telescopes procedents del DR25 del Kepler. Aquests 70 planetes orbiten al voltant de 69 estels (l’estel KIC-5437945 en tindria dos). Dels 69 estels es prengueren dades de paral·laxi de la Gaia (DR2).

La recerca d’exosatèl·lits mostrava inicialment tres candidats: KIC-8681125, KIC-7906827 i KIC-5351250 (=Kepler-150). El segon d’aquests tres candidats era el que mostrava robustesa. El planeta KIC-7906827.01 seria, doncs, un objecte genuí, i mereixeria la designació de Kepler-1708 b.

Pel que fa al satèl·lit Kepler-1708 b-i, Kipping et al. contemplen diverses alternatives però cap no els porta a rebutjar-lo. Queda pendent de si altres planetes del sistema podrien produir una explicació alternativa, cosa que es podria esclarir en el trànsit previst per al 24 de març del 2023.

Les superllunes

Kepler-1625 b-i i Kepler-1708 b-i serien els primers exemples coneguts de superllunes: satèl·lits d’una mida considerable respecte del planeta primari. Kepler-1625-b és de la mida d’un Neptú i Kepler-1708 b-i de la mida d’una super-Terra o d’un mini-Neptú. Kepler-1708 b-i segueix una òrbita coplanar més tancada, situat a 12 radis planetaris de Kepler-1708-b.

Hom podria suposar que Kepler-1708 b-i s formà originàriament com un planeta independent, i que interaccions mareals ulteriors amb Kepler-1708 b el satel·litzaren després. L’estel Kepler-1708 és un estel vell, d’uns 10.000 milions d’anys d’antiguitat, la qual cosa donaria prou temps a aquests dinàmiques de migració i satel·lització.

A banda de la captura directa, una superlluna també pot ésser el resultat de col·lisions entre planeta i planeta, o bé per acreció de material originari del disc circumplanetari. El primer cas és el que explicaria probablement l’origen de la nostra Lluna i el segon cas seria l’origen dels satèl·lits galileans del nostre Júpiter. Kipping et al. pensen que és poc probable que un impacte en un planeta gasós pugui donar lloc a una superlluna. Tampoc no seria probable una formació a partir del disc circumplanetari primordial.

Lligams:

- An exomoon survey of 70 cool giant exoplanets and the new candidate Kepler-1708 b-i. David Kipping, Steve Bryson, Chris Burke, Jessie Christiansen, Kevin Hardegree-Ullman, Billy Quarles, Brad Hansen, Judit Szulágyi, Alex Teachey. Nature Astronomy (2022).