这位艺术家的印象显示了一颗巨大的气体系外行星围绕着一颗类似太阳的恒星运行，例如开普勒-1625b。来源:美国国家航空航天局
围绕开普勒-1625b和开普勒-1708b行星的巨大系外卫星的发现引发了人们的质疑。
正如我们可以假设银河系中的恒星被行星环绕一样，这些系外行星周围的卫星也不应该是罕见的。这使得探测它们变得更加困难。到目前为止，在已知的5300多颗系外行星中，只有两颗被发现有卫星。现在演示一个新的数据分析说明科学陈述很少是非黑即白的，每个结果的背后都有或多或少的不确定性，陈述的道路往往像惊悚片。
外月球研究简介
在开普勒和哈勃太空望远镜对开普勒-1625b和开普勒-1708b行星的观测中，研究人员首次发现了这类卫星的踪迹。一项新的研究现在对这些先前的说法提出了质疑。正如德国马克斯·普朗克太阳系研究所和索南伯格天文台的科学家在《自然天文学》杂志上发表的报告所述，对观测结果的“仅以行星为基础”的解释更具结论性。
为了进行分析，研究人员使用了他们新开发的计算机算法Pandora，该算法可以促进并加速对系外卫星的搜索。他们还研究了在现代太空天文观测中原则上可以发现什么样的系外卫星。他们的回答令人震惊。
系外卫星:罕见的观测
在我们的太阳系中，一颗行星被一颗或多颗卫星环绕的事实与其说是例外，不如说是普遍现象:除了水星和金星，所有其他行星都有这样的伴星;以气态巨行星土星为例，迄今为止，研究人员已经发现了140颗天然卫星。因此，科学家们认为遥远恒星系统中的行星很可能也有卫星。然而，到目前为止，只有两颗系外卫星存在的证据:开普勒-1625b和开普勒-1708b。如此低的收益率并不令人意外。毕竟，遥远的卫星自然比它们的母星要小得多，因此更难找到。梳理数千颗系外行星的观测数据以寻找卫星存在的证据是非常耗时的。
潘多拉:系外行星搜索算法
为了使搜索更容易、更快，这项新研究的作者依靠一种名为潘多拉的搜索算法，他们开发并优化了这种算法，用于搜索系外卫星。他们去年发表了他们的方法，并且该算法作为开源代码提供给所有研究人员。将开普勒-1625b和开普勒-1708b的观测数据应用后，结果令人震惊。
“我们本想确认在开普勒-1625b和开普勒-1708b周围发现系外卫星，”这项新研究的第一作者，MPS科学家ren
Heller博士说。“但不幸的是，我们的分析显示并非如此，”他补充道。
揭开宇宙捉迷藏游戏的面纱
五年前，类似木星的行星开普勒-1625b成为头条新闻。纽约哥伦比亚大学的研究人员报告了强有力的证据，证明它的轨道上有一颗巨大的卫星，它将使太阳系中的所有卫星都相形见绌。科学家们分析了美国宇航局开普勒太空望远镜的数据，该望远镜在2009年至2013年的第一次任务中观测了10万多颗恒星，发现了2000多颗系外行星。
然而，在2018年发现声明之后的几年里，这颗系外行星候选者迫使天文学家玩起了宇宙版的捉迷藏。首先，在开普勒数据清除了系统噪声后，它就消失了。然而，在哈勃太空望远镜的进一步观测中，又发现了一些线索。去年，这颗非凡的系外卫星候选者获得了同伴:根据纽约研究人员的说法，另一颗比地球大得多的巨型卫星围绕木星大小的行星开普勒-1708b运行。
几种影响可以在光曲线中产生类似月球的信号——即使没有真正的月球存在。信贷:议员/ hormesdesign.de
探测系外卫星的复杂任务
“系外卫星是如此遥远，以至于我们无法直接看到它们，即使使用最强大的现代望远镜，”雷纳尔·海勒博士解释说。
相反，望远镜记录了遥远恒星亮度的波动，其时间序列被称为光曲线。然后，研究人员在这些光曲线中寻找卫星的迹象。如果一颗系外行星从它的恒星前面经过，从地球上看，它会使恒星变暗一小部分。这种现象被称为凌日现象，它会随着行星围绕恒星的轨道周期有规律地再次发生。伴随这颗行星的系外卫星也会产生类似的变暗效果。然而，它在光曲线上的痕迹要弱得多。
此外，由于月球和行星围绕它们共同的重心运动，光曲线上的这种额外变暗将遵循一个相当复杂的模式。此外，还有其他的影响需要考虑，比如行星-月亮的日食，恒星的自然亮度变化，以及望远镜测量过程中产生的其他噪声源。
然而，为了探测到卫星，纽约的研究人员和他们的德国同事首先计算了数百万条“人造”光曲线，计算了所有可能的大小、相互距离和可能的行星和卫星的轨道方向。然后，算法将这些模拟光曲线与观测光曲线进行比较，寻找最佳匹配。G?ttingen和Sonneberg的研究人员使用了他们的开源算法Pandora，该算法针对搜索系外卫星进行了优化，可以比以前的算法快几个数量级地解决这个任务。
没有卫星的踪迹
以开普勒-1708b行星为例，这两位德国人现在发现，没有卫星的情况可以像有卫星的情况一样准确地解释观测数据。“卫星围绕开普勒-1708b运行的可能性明显低于之前的报道，”来自Sonneberg天文台的迈克尔·希普克(Michael Hippke)说，他是这项新研究的合著者。“这些数据并不表明开普勒-1708b周围存在系外卫星，”希普克继续说道。
有很多证据表明，开普勒-1625b也没有一个巨大的伴星。这颗行星在其恒星前面的凌日现象之前已经被开普勒和哈勃望远镜观测到。德国研究人员现在认为，恒星在其圆盘上的瞬时亮度变化，即所谓的恒星边缘变暗的效应，对提出的系外卫星信号有至关重要的影响。
例如，太阳圆盘的边缘看起来比中心暗。然而，根据你是通过开普勒望远镜还是哈勃望远镜观察开普勒-1625b的母星，这种边缘变暗的效果看起来是不同的。这是因为开普勒和哈勃对它们接收到的不同波长的光很敏感。G?ttingen和Sonneberg的研究人员现在认为，他们对这种效应的建模比一个巨大的系外卫星更能解释这些数据。
他们新的、广泛的分析还表明，系外行星搜索算法经常产生假阳性结果。一次又一次，他们“发现”了一颗卫星，而实际上只是一颗行星在凌日它的主星。在像开普勒-1625b这样的光曲线的情况下，“错误命中”的比率可能在11%左右。海勒说:“我们在纽约的同事早先提出的系外卫星的说法是在数十颗系外行星周围寻找卫星的结果。”“根据我们的估计，假阳性结果并不令人惊讶，但几乎在意料之中，”他补充说。
奇怪的卫星
研究人员还使用他们的算法来预测实际系外卫星的类型，这些类型可以在像开普勒这样的光曲线太空任务中清晰地探测到。根据他们的分析，目前的技术只能探测到在宽轨道上绕行星运行的特别大的卫星。与我们熟悉的太阳系卫星相比，它们都很奇怪:至少是太阳系最大的卫星Ganymede的两倍大，因此几乎和地球一样大。
海勒说:“在未来的观测中发现的第一批系外卫星，比如PLATO任务，肯定会非常不寻常，因此探索起来很令人兴奋。”
参考资料:《Kepler-1625 b和Kepler-1708 b周围不太可能有大型系外卫星》，ren
Heller和Michael Hippke, 2023年12月7日，《自然天文学》。DOI: 10.1038 / s41550 - 023 - 02148 - w
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