Pierwszy odkryty egzoksiężyc. Obiekt, który wymyka się wszystkim definicjom

Astronomowie od lat odkrywają kolejne egzoplanety, czyli planety krążące wokół innych gwiazd. Do tej pory potwierdzono istnienie ponad sześciu tysięcy takich światów. Znacznie trudniejsze okazało się jednak znalezienie ich naturalnych satelitów. Choć pojawiało się kilka obiecujących kandydatów, żaden nie został dotąd jednoznacznie potwierdzony.

Teraz zespół naukowców pracujących z Europejskim Obserwatorium Południowym (ESO) przedstawił wyniki badań, które mogą zmienić ten stan rzeczy. Analiza obserwacji wykonanych za pomocą teleskopu Very Large Telescope (VLT) w Chile wskazuje na istnienie niezwykłego obiektu w układzie CD-35 2722.

Wyniki badań opublikowano w prestiżowym magazynie Nature.

System CD-35 2722 jest młody i znacząco różni się od Układu Słonecznego. W jego centrum znajduje się gwiazda o masie stanowiącej około połowę masy Słońca. Wokół niej krąży brązowy karzeł, ciało niebieskie znajdujące się na granicy pomiędzy planetą a gwiazdą.

Brązowe karły są zbyt masywne, by zaliczyć je do planet, ale jednocześnie nie posiadają wystarczającej masy, aby rozpocząć stabilne reakcje syntezy wodoru charakterystyczne dla gwiazd. Z tego powodu często określa się je mianem nieudanych gwiazd.

To właśnie wokół tego brązowego karła astronomowie zauważyli kolejny obiekt. Jego masa wynosi co najmniej tyle, ile masa Jowisza, a sam brązowy karzeł jest ponad trzydzieści razy cięższy od największej planety Układu Słonecznego.

Największym wyzwaniem nie jest samo odkrycie, lecz odpowiedź na pytanie, czym właściwie jest nowy obiekt.

Gdyby krążył bezpośrednio wokół gwiazdy, zostałby uznany za egzoplanetę. Tymczasem jego orbita prowadzi wokół brązowego karła, który sam obiega gwiazdę. Powstaje więc sytuacja przypominająca relację księżyca z planetą, choć skala całego układu jest zupełnie inna.

Badacze używają określenia egzosatelita (ang. exosatellite) lub egzoksiężyc (exomoon), podkreślając jednocześnie, że nie jest to odpowiednik skalistych księżyców znanych z Układu Słonecznego. To olbrzymie gazowe ciało o masie porównywalnej z Jowiszem.

To pokazuje, że klasyczne definicje opracowane na podstawie naszego kosmicznego sąsiedztwa nie zawsze sprawdzają się w przypadku bardziej egzotycznych układów planetarnych.

Odkrycia dokonano dzięki instrumentowi CRIRES+ zamontowanemu na teleskopie Very Large Telescope w Chile.

Naukowcy wykorzystali metodę prędkości radialnych. Polega ona na bardzo precyzyjnym mierzeniu niewielkich zmian ruchu badanego obiektu. Jeśli wokół niego krąży niewidoczny towarzysz, jego grawitacja powoduje delikatne kołysanie głównego ciała. To właśnie takie okresowe zmiany udało się zarejestrować w przypadku brązowego karła w układzie CD-35 2722.

To ta sama technika, która blisko trzydzieści lat temu doprowadziła do odkrycia pierwszej egzoplanety krążącej wokół gwiazdy podobnej do Słońca. Tym razem została jednak zastosowana wobec brązowego karła, co stanowi nowe podejście do poszukiwania naturalnych satelitów poza Układem Słonecznym.

Choć autorzy publikacji określają dowody jako bardzo mocne, podkreślają jednocześnie, że potrzebne będą kolejne obserwacje, zanim odkrycie zostanie oficjalnie potwierdzone.

Naturalne satelity są zwykle znacznie mniejsze od planet, wokół których krążą. To sprawia, że ich wpływ grawitacyjny jest bardzo słaby, a wykrycie wymaga niezwykle dokładnych pomiarów.

W przypadku egzoplanet astronomowie często obserwują spadek jasności gwiazdy podczas przejścia planety przed jej tarczą lub mierzą niewielkie zmiany prędkości samej gwiazdy. Egzoksiężyce wywołują znacznie subtelniejsze efekty, dlatego przez lata pozostawały praktycznie poza zasięgiem dostępnych instrumentów.

Odkryty kandydat jest wyjątkowy również dlatego, że jego masa jest bardzo duża. Dzięki temu jego oddziaływanie grawitacyjne na brązowego karła okazało się możliwe do zarejestrowania.

Astronomowie są przekonani, że przyszłość badań nad egzoksiężycami dopiero się rozpoczyna. W budowie znajduje się obecnie Extremely Large Telescope (ELT) Europejskiego Obserwatorium Południowego. Teleskop z lustrem o średnicy 39 metrów będzie największym optycznym teleskopem świata.

Znacznie większa zdolność zbierania światła oraz nowoczesne instrumenty pozwolą wykrywać obiekty o znacznie mniejszych rozmiarach niż obecnie. Oznacza to, że w najbliższych latach liczba kandydatów na egzoksiężyce może szybko wzrosnąć.

Każde takie odkrycie będzie miało znaczenie nie tylko dla poznania odległych układów planetarnych, lecz także dla zrozumienia, jak różnorodne mogą być procesy powstawania planet, brązowych karłów i ich satelitów.

Układ CD-35 2722 pokazuje, że Wszechświat nie zawsze podporządkowuje się definicjom stworzonym na podstawie naszego własnego kosmicznego podwórka. Im dokładniej astronomowie przyglądają się odległym światom, tym częściej okazuje się, że granice między gwiazdami, planetami i księżycami są znacznie bardziej płynne, niż dotąd sądzono.

Główna ilustracja: Układ wokół gwiazdy CD-35 2722, z nowo odkrytym obiektem przypominającym księżyc w centrum. Gwiazda, punktowe źródło po lewej, ma masę około połowy masy naszego Słońca i krąży wokół brązowego karła, czerwonobrązowego obiektu widocznego na pierwszym planie (po prawej). Brązowy karzeł ma masę około 37 razy większą niż Jowisz: jest zbyt masywny, aby być planetą, ale niewystarczająco masywny, aby w jego wnętrzu zachodziła synteza jądrowa, jak w gwiazdach. Wokół tego brązowego karła krąży z kolei nowo odkryty obiekt o masie co najmniej dorównującej masie Jowisza, widoczny w centrum zdjęcia. Źródło: ESO/M. Kornmesser