По архивным данным космического инфракрасного телескопа Spitzer астрономы обнаружили свидетельства существования спутника у одной из одиноких планет (планет без своей звезды). Речь идёт о ранее открытой системе из двух одиноких экзопланет на расстоянии 85 световых лет от Солнца.
2MASS J1119-1137AB — двойная планетная система из двух похожих планет-гигантов одинаковой яркости. Расстояние между ними 3,9 астрономических единиц и они вращаются вокруг своего центра масс с периодом около 90 лет. Эта система находится примерно в 85 световых годах от Земли, в созвездии Чаши в южном небесном полушарии. Часто на местонахождение подобных объектов на небесной сфере указывает их обозначение, в котором два многозначных числа — небесные координаты. В данном случае −1137 — склонение (−11°37’), то есть расстояние в градусах от небесного экватора. Эта система не имеет родительской звезды, поэтому её относят к планетам-сиротам, или «одиноким планетам» (rogue planets). Её обнаружили в 2016 году в обсерватории Кека на Гавайях благодаря высокой яркости и собственно двойному характеру системы. Эволюционные модели планетообразования предсказывают, что масса каждой планеты должна составлять примерно 3,7 масс Юпитера, и в таком случае это должна быть молодая система возрастом десять миллионов лет. Оценка возраста в данном случае исходит из принадлежности объекта к очень молодой ассоциации TW Гидры звёзд небольшого размера и коричневых карликов (названной по обозначению характерной звезды этого скопления). Однако если окажется, что объект 2MASS J1119-1137AB к этой ассоциации не относится, то он может оказаться старше — от десяти до ста миллионов лет с массой планет в 9,2 массы Юпитера.
Наблюдения космического инфракрасного телескопа Spitzer указали на изменение кривой блеска системы — это, как и в экзопланетологии, часто означает транзит какого-либо вовлечённого в их гравитационную систему спутника. Только в данном случае спутником была бы не экзопланета по отношению к своей звезде, а «луна» самой экзопланеты, то есть экзоспутник. Если это действительно спутник планеты, он должен быть примерно в 1,7 раз больше Земли. Пока что интерпретация этого события в архивных данных космического телескопа неоднозначна: одиночный провал на световой кривой мог быть связан и с изменением блеска самих планет. Но характеристики данных позволяют сделать вывод, что уже сегодняшний уровень телескопов позволяет в принципе находить экзоспутники, коль скоро удалось зафиксировать такой сигнал.
Известно много способов поиска спутников планет за пределами Солнечной системы. На сегодня в распоряжении астрономов — около десяти сигналов, которые могут указывать на появление у планеты экзоспутника. В их числе — события гравитационного микролинзирования (с помощью которых также открывают и сами экзопланеты, хоть и в гораздо меньшем количестве по сравнению со стандартными методами. Про принцип действия гравитационной линзы и недавнее открытие экзопланеты с его помощью есть отдельная статья). О существовании экзолуны можно узнать, используя основной инструмент поиска экзопланет — транзит, то есть прохождение спутника перед своим родительским телом. При этом «основное» событие — прохождение самой планеты перед звездой. Массивная луна влияет на движение планеты, перетягивая её, из-за чего наблюдаемые интервалы между последовательными транзитами планеты перед звездой будут немного различаться. На спутники могут также указывать щели в околопланетных кольцах, как у Сатурна или особенности поглощения света в атмосфере планеты. Но на сегодня астрономы имеют только список кандидатов в экзоспутники — пока что нельзя быть уверенными в том, что эти объекты — именно притянутые своими планетами луны. Исследование таких лун нужно для лучшего понимания планетарной эволюции, а также для установления ограничений на потенциально обитаемые зоны вокруг экзопланет.
Считается, что экзолуны должны встречаться так же часто, как и экзопланеты, и, как показывают численные модели, хотя бы один крупный спутник должен формироваться вокруг планеты в 80% случаев. Транзиты экзолун по диску планеты также должны происходить в меру часто с точки зрения наблюдателя на Земле. По аналогии со свойствами крупных спутников планет-гигантов Солнечной системы ожидается, что транзит экзоспутников по диску таких планет можно зафиксировать с вероятностью 10—15%. Одинокие планеты можно наблюдать с большей точностью по сравнению с планетами в звёздных системах, поскольку в этом случае нет засветки от звезды, и для выявления фотометрического сигнала транзита не нужно высококонтрастное изображение. Молодые одинокие планеты обычно имеют большие размеры, что увеличивает геометрическую вероятность наблюдения транзита спутников, а низкая масса и плотность планет позволяют сформироваться их спутникам на очень близких орбитах. Одинокие планеты также могут быть достаточно яркими сами по себе за счёт собственного излучения в инфракрасном диапазоне, поэтому их можно наблюдать при помощи ИК-телескопов типа Spitzer. Так же метод прямого наблюдения лучше работает для съёмки и обычных экзопланет, находящихся очень далеко от своей звезды вне зоны засветки и сохранивших остаточное тепло после своего формирования. О недавнем прямом наблюдении такой планетарной системы недалеко от Земли можно почитать в этой заметке.
У экзопланет, находящихся в системах своих звёзд, сегодня фотометрическая точность наблюдений с Земли позволяет зафиксировать экзолуны только размером с Нептун и крупнее. Для экзолун у одиноких планет требования к разрешению высококонтрастных изображений ниже, и точности наземных телескопов уже достаточно для наблюдения их гипотетических спутников размером с Землю. Точность наблюдений на будущем космическом телескопе Джеймса Уэбба будет на порядок выше, и с его помощью можно будет различить экзолуны одиноких планет размером с Ганимед — крупный спутник Юпитера, видимый в любительский телескоп и открытый ещё Галилеем. Запуск этого телескопа следующего поколения наконец назначен на декабрь 2021 года, и он должен постепенно заменить по своим функциям телескоп Hubble. Как минимум 30, или более половины из известных на сегодня «изолированных объектов планетарной массы» (IPMO, Isolated Planetary Mass Objects) достаточно яркие для обнаружения их спутников размером с крупные луны Солнечной системы вроде Титана, Ио и Ганимеда. Минимально необходимое время наблюдения за одной такой планетой для исследования её луны должно составлять 50 часов (пока для всех 57 известных на сегодня IPMO-объектов суммарное время наблюдения составило 17 недель).
«Экзолуны» — спутники одиноких планет также являются объектами-кандидатами для поиска потенциально-обитаемых миров. Некоторые из них даже находятся в потенциально обитаемой зоне возле планеты. В этом случае они могут разогреваться за счёт гравитационного взаимодействия (приливных сил) от планеты, как некоторые спутники Юпитера и Сатурна, например, Европа и Энцелад, на которых даже предполагают существование жидкой воды.
