Začalo to na Twitteru: Kdosi objevil mezi zveřejněnými žádostmi o pozorovací čas na Hubbleově kosmickém teleskopu (HST) i žádost od Kippinga, který proslul pracemi o možnostech zachycení exoměsíců, a tak o tom napsal na Twitter.

Postupně se začaly rojit dohady - až Kippingův tým neochotně zveřejnil článek obsahující detekci kandidátního exoměsíce. Myšlenka pátrání po exoměsících ale není nic nového a provází nás prakticky už od chvíle, kdy byly před čtvrt stoletím objeveny první exoplanety, ve spekulativní rovině ještě dříve. Jak je ale můžeme doopravdy najít?

Hledání měsíců není snadné…

V aktuální práci Kippingův tým využil simulace dvou situací: planety obíhané jedním, anebo více měsíci. Simulovaná data pak aplikoval na část populace planet a kandidátních planet zachycených kosmickým teleskopem Kepler, který pátrá po exoplanetách pomocí tranzitů - přechodů planet z našeho pohledu přes kotouček hvězdy, což vede ke zdánlivému poklesu jasnosti během přechodu. Díky tomu můžeme zjistit přítomnost planety, její velikost a oběžnou dobu. Zároveň jde o techniku, která by potenciálně mohla odhalit i exoměsíce.

Samotný pokles jasnosti hvězdy během tranzitu zřejmě ve většině případů nepostačí k nalezení měsíců srovnatelných s těmi největšími v naší soustavě (Jupiterovým Ganymedem a Saturnovým Titanem); rozdíl mezi chvílí, kdy je měsíc z našeho pohledu vedle planety a také stíní hvězdy, a kdy je před nebo za planetou a nestíní, je poměrně malý a potřebovali bychom velké množství pozorování na detekci systematického signálu měsíce. Tak obsáhlá data k většině soustav pozorovaných kosmickým teleskopem Kepler ani jinými přístroji zatím nemáme.

Gravitační vliv měsíce na planetu a tím i vychýlení časů a trvání tranzitů by se také dal zachytit - ale efekt měsíce této velikosti je příliš slabý na to, abychom ho zatím spolehlivě rozpoznali. Vícenásobné soustavy měsíců by navíc vedly k příliš chaotickému signálu. Zatím jednoduše nemáme dost pokročilou techniku na to, abychom s velkou pravděpodobností zachytili měsíc podobající se těm v naší soustavě. Co ovšem větší měsíce?

Kde jsou asi měsíce nejčastější?

Tam už je šance lepší. V naší soustavě sice taková tělesa nemáme, ale existují plynní obři mnohokrát hmotnější než Jupiter, až na hranici hnědých trpaslíků. Natolik hmotné planety by si dokázaly udržet měsíc daleko hmotnější, než je planeta Země. Právě měsíce o hmotnosti Země a ještě hmotnější už by měly být zachytitelné se současnou pozorovací technikou.

Srovnání modelů (simulace jednoho či více měsíců o různých hmotnostech) s populací pozorovaných exoplanet v současné studii ukázalo, že v dané populaci se mohou nacházet spíše u hmotnějších planet a také v soustavách chladnějších hvězd. Zdá se, že počet planet v soustavě nehraje významnou roli.

Je možné, že měsíce ve vnitřních částech hvězdných soustav - odkud máme nejvíce pozorování tranzitů, protože u planet obíhajících blíže jsou výraznější a častější - jsou vzácné. To by odpovídalo naší soustavě, kde je Země jedinou vnitřní planetou s hmotným měsícem. Merkur a Venuše nemají žádné měsíce a Mars pouze nepatrné měsíčky Phobos a Deimos.

Nalezení měsíců terestrických planet je navíc zatím silně nepravděpodobné - už náš Měsíc má velmi slušný podíl hmotnosti Země a o mnoho větší měsíc už by si Země stabilně neudržela. Jenže i Měsíc je příliš malý na detekci. Lepší šanci proto skýtají obří plynné planety, které do větší blízkosti hvězdy domigrovaly v původním prachoplynném disku.

Kandidátní měsíc nalezený Kippingovým týmem má zřejmě přibližně hmotnost Neptunu a obíhá kolem "super-Jupitera" Kepler-1625 b zhruba čtyři tisíce světelných let daleko od nás. Planeta obíhá kolem své hvězdy, žlutého podobra o něco hmotnějšího a výrazně většího než naše Slunce, ve vzdálenosti necelé astronomické jednotky - tedy o něco blíže než Země kolem Slunce. To je poměrně malá vzdálenost na to, aby si planeta stabilně udržela velký měsíc, ale vyloučit to nelze.

Na letošní říjen má tým zamluvený čas na HST s cílem detekci potvrdit či vyvrátit. Jejich model navíc naznačuje, že v pozorovaných soustavách může existovat populace planet obíhajících v blízkosti hvězd, které si přesto zachovaly měsíce.

Nejde ovšem o úplně první možnou detekci exoměsíce. V roce 2013 byla metodou gravitační mikročočky zachycena možná planeta s měsícem, není ale jasné, zda se spíše nejednalo o velmi málo hmotnou hvězdu či hnědého trpaslíka s planetou.

Gravitační čočkování užívá ohybu světla kolem hmotných objektů - a občas se tak stane, že světlo ze vzdálenějšího zdroje se cestou k nám ohne kolem nějaké hvězdy či planety a my jsme schopni tento ohyb pozorovat. Jedná se však o jednorázové události, proto se měření bohužel nedá zopakovat a případný měsíc potvrdit.

Můžeme exoměsíce objevit i jinými způsoby?

Časování, ale v tomto případě nikoli tranzitů, by se mohlo skvěle hodit například pro pátrání po měsících planet obíhajících pulsary - neutronové hvězdy, jejichž záření z jejich magnetických pólů jsme schopni ve velmi pravidelných intervalech (pulsech) zachytit. Právě u pulsaru byly díky systematickému posunu těchto pulsů - vlivem planety "tahající" za pulsar svou gravitací a tím ho drobně oddalující nebo přibližující vůči nám - objeveny první potvrzené exoplanety v roce 1992. Měsíce planet by vytvořily další, slabší signál. Soustavy pulsarů s planetami zatím však známe pouze tři oproti pár tisícům u hvězd hlavní posloupnosti.

Další možností jsou rádiové emise. Pokud má mateřská planeta silné magnetické pole a měsíc s ním nějak interaguje, může to vést k produkci záření zejména v rádiové části spektra. V naší soustavě je ukázkovým příkladem interakce Jupiteru s jeho nejbližším velkým měsícem Io. Tento způsob lze použít pro planety hostící měsíce u nejrůznějších typů hvězd a na různě vzdálených oběžných drahách. A tím možnosti nekončí, i když některé - jako například přímé pozorování - zůstávají ještě daleko v budoucnosti.

Nechme se překvapit, co letos v říjnu přinesou plánovaná pozorování HST. Potvrzení objevu exoměsíce u Kepler-1625 b by rozhodně bylo úžasnou událostí! Aktuálně probíhají pozorování Bety Pictoris b, o níž se uvažovalo, že pokud má měsíc, mohli bychom být schopni ho při přechodu planety z našeho pohledu poblíž hvězdy pozorovat - a ta příležitost nastala právě letos a během srpna budou pokračovat měření obsahu Hillovy sféry planety (sféry gravitačního vlivu, v níž by byla schopna si udržet materiál jako např. měsíce bez vychýlení vlivem jiných těles). Uvidíme, jakých překvapení se tam dočkáme.