James Webb možda već ima podatke o prvom egzomjesecu, ali signal se gubi u šumu zvijezde

Mjesec je imao važnu ulogu u razvoju Zemlje. Stabilizirao je rotaciju planeta, ublažio velike klimatske oscilacije, a njegovi plimni učinci možda su pridonijeli uvjetima u kojima se pojavio život. Zato astronomi već godinama pokušavaju pronaći udaljeni sustav koji bi barem djelomično nalikovao paru Zemlja-Mjesec. Novi pokušaj sa svemirskim teleskopom James Webb pokazuje koliko je ta potraga zahtjevna: podaci su dovoljno precizni da bi u njima mogao biti skriven trag egzomjeseca, ali promjene na samoj zvijezdi prekrivaju signal koji istraživači traže.

U novom radu, Emily Pass i njezini suradnici s Tehnološkog instituta Massachusetts, Sveučilišta Harvard i Sveučilišta u Chicagu analizirali su jedan od najzanimljivijih sustava za potragu za egzomjesecima. Riječ je o zvijezdi TOI-700, malom crvenom patuljku spektralne klase M udaljenom oko 100 svjetlosnih godina od Zemlje.

TOI-700 je već poznat po nekoliko egzoplaneta, među kojima se posebno ističu TOI-700 d i TOI-700 e. Oba su približno veličine Zemlje i nalaze se u nastanjivoj zoni, području oko zvijezde u kojem bi tekuća voda mogla postojati na površini planeta, pod uvjetom da planet ima odgovarajuću atmosferu.

Prema autorima rada, upravo su ta dva planeta među najboljim dostupnim metama za potragu za stabilnim prirodnim satelitima. Sustav je razmjerno blizu, planeti su zanimljivi po veličini i položaju, a njihovi gravitacijski uvjeti čine ih dobrim kandidatima za zadržavanje mjeseca.

Webb je precizirao planete, ali ne i njihov mogući mjesec

Opservacije svemirskog teleskopa James Webb donijele su važan pomak, iako ne onaj kojem su se istraživači najviše nadali. Podaci su znatno poboljšali poznavanje samih planeta.

Procjene njihovih orbita postale su preciznije za red veličine, dok su mjerenja polumjera poboljšana za faktor od dva do tri. TOI-700 d, prema tim podacima, ima polumjer od 1,145 polumjera Zemlje, a TOI-700 e od 0,919 polumjera Zemlje.

No glavno pitanje ostalo je otvoreno. Webb nije pronašao konačan dokaz da oko bilo kojeg od ta dva planeta kruži mjesec. Pritom problem nije u slaboj osjetljivosti teleskopa. Istraživači su izračunali da bi za otkrivanje prirodnog satelita nalik našem Mjesecu trebalo izmjeriti pad sjaja zvijezde od oko 20 dijelova na milijun, odnosno 20 ppm. James Webb takvu preciznost može dosegnuti.

U ovom slučaju prepreka nije bio teleskop, nego zvijezda.

Zvjezdani šum jači je od signala koji bi ostavio mjesec

U podacima se pojavio ponavljajući obrazac poznat kao “crveni šum”. U ovom slučaju izvor tog šuma bila je sama zvijezda. Njezina površina nije mirna, nego se stalno mijenja zbog gibanja vruće plazme. Taj proces, poznat kao zvjezdana granulacija, uzrokuje sitne promjene u sjaju zvijezde.

U običnim okolnostima takve bi promjene bile gotovo neprimjetne. No u potrazi za egzomjesecom upravo su one presudne, jer se traži iznimno slab signal. Mjesec sličan Zemljinom Mjesecu ostavio bi pad sjaja od oko 20 dijelova na milijun, odnosno 20 ppm.

Kod zvijezde TOI-700 problem je bio u tome što je njezin vlastiti signal bio jači od toga. Zvjezdani šum ponavljao se svakih 16 minuta i dosezao približno 46 ppm. To je više nego dvostruko jače od signala koji bi mogao ostaviti mjesec nalik našem.

Webb je, dakle, imao dovoljnu preciznost. Problem je bio u tome što se traženi trag izgubio ispod promjena koje dolaze od same zvijezde. Zbog toga istraživači nisu mogli potvrditi postojanje mjeseca oko planeta TOI-700 d ili TOI-700 e.

Mogli su postaviti samo jedno šire ograničenje: njihove opservacije bile bi dovoljno osjetljive za mjesece veće od Ganimeda, najvećeg prirodnog satelita u Sunčevu sustavu, ako bi kružili orbitama duljim od dva dana. Manji mjesec, sličniji našem, u tim se podacima zasad ne može pouzdano izdvojiti.

Prvi dokaz možda ne traži novi teleskop, nego bolji algoritam

Unatoč tome, rad ostavlja otvorenu zanimljivu mogućnost. Ako u sustavu TOI-700 doista postoji mjesec, njegov trag možda je već zabilježen. Problem je u tome što ga zasad nije moguće jasno odvojiti od šuma koji proizvodi zvijezda.

Autori zato ističu da bi napredniji algoritam za uklanjanje crvenog šuma mogao promijeniti rezultat. Takav bi postupak morao dovoljno precizno prepoznati promjene u sjaju koje dolaze od zvijezde i ukloniti ih iz podataka, a da pritom ne izbriše mogući signal mjeseca.

Drugim riječima, prva potvrda egzomjeseca možda ne ovisi samo o novim opservacijama. Moguće je da je potreban bolji način čitanja podataka koje je Webb već prikupio.

To nije prvi put da se potraga za egzomjesecima sudara s takvim problemima. Neki raniji kandidati kasnije su objašnjeni prolaskom planeta preko zvjezdane pjege, dok su druge tvrdnje oslabile zbog statističkih nesigurnosti. U svim tim slučajevima problem je isti: signal mjeseca vrlo je slab, a zvijezda i planet mogu proizvesti promjene koje ga oponašaju ili potpuno prekriju.

Za sada još nema konačnog dokaza da neki egzoplanet ima mjesec. No sustav TOI-700 pokazuje da potraga možda više ne ovisi samo o tome koliko precizno teleskop može mjeriti svjetlost. Jednako važno postaje pitanje možemo li iz tih mjerenja dovoljno dobro ukloniti šum zvijezde i prepoznati trag koji je zasad skriven u podacima.

Ivan Petričević

Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.