开普勒-1625b和开普勒-1708b行星周围的巨型系外行星的发现引起了人们的质疑。就像我们可以假设银河系中的恒星都有行星围绕一样，这些系外行星周围的卫星也应该不少见。这就增加了探测它们的难度。迄今为止，在已知的 5300 多颗系外行星中，只有两颗被发现有卫星。
这幅艺术家的作品展示了一颗围绕类太阳恒星运行的气态巨型系外行星，开普勒-1625b 就是一个例子。资料来源：美国国家航空航天局
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。现在，一项新的研究使人们对之前的这些说法产生了怀疑。德国马克斯-普朗克太阳系研究所（Max Planck Institute for Solar System Research）和松恩贝格天文台（Sonnenberg Observatory）的科学家在《自然-天文学》（Nature Astronomy）杂志上报告说，对观测结果的"纯行星"解释更具说服力。
在分析过程中，研究人员使用了他们新开发的计算机算法潘多拉（Pandora），该算法可以促进和加速外气云的搜索。他们还研究了在现代天基天文观测中原则上能发现哪种系外卫星，他们的答案令人震惊。
系外卫星： 观测中的罕见现象
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是常规而非例外：除了水星和金星之外，其他行星都有这样的伴星；就气态巨行星土星而言，研究人员至今已经发现了 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，只有两个案例有证据表明存在这种系外卫星： 开普勒-1625b和开普勒-1708b。这种低产量并不奇怪。毕竟，遥远的卫星要比它们的母星小得多，因此更难发现。而且，从成千上万颗系外行星的观测数据中寻找卫星的证据是非常耗时的。
为了让搜索更简单、更快速，新研究的作者们使用了一种名为"潘多拉"（Pandora）的搜索算法。他们于去年公布了他们的方法，所有研究人员都可以使用该算法的开放源代码。当应用到开普勒-1625b和开普勒-1708b的观测数据时，结果令人吃惊。
新研究的第一作者、MPS科学家勒内-海勒博士说："我们本想证实在开普勒-1625b和开普勒-1708b周围发现系外卫星，但不幸的是，我们的分析却显示了相反的结果。"
五年前，类似木星的开普勒-1625b行星成为头条新闻。纽约哥伦比亚大学的研究人员报告说，有确凿证据表明，在它的轨道上有一颗巨大的卫星，其尺寸可以使太阳系中的所有卫星相形见绌。科学家们分析了美国国家航空航天局开普勒太空望远镜的数据，该望远镜在2009年至2013年的首次任务期间观测了10万多颗恒星以及2000多颗系外行星。
然而，在2018年发现说法之后的几年里，这颗候选外行星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之后，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线索。去年，这个非同寻常的外行星候选者又有了伴儿：据纽约的研究人员称，另一颗比地球大得多的巨型卫星围绕着木星大小的行星开普勒-1708b运行。
有几种影响因素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。图片来源：MPS/hormesdesign.de
探测系外卫星的复杂任务
雷内-海勒博士解释说："系外卫星距离我们非常遥远，即使使用最强大的现代望远镜，我们也无法直接看到它们。"
望远镜会记录遥远恒星的亮度波动，其时间序列被称为光曲线。然后，研究人员从这些光曲线中寻找卫星的迹象。从地球上看，如果系外行星从恒星前方经过，就会使恒星变暗一小部分。这种现象被称为凌日，它随着行星绕恒星运行的周期而有规律地重复出现。伴随这颗行星的外小行星也会产生类似的变暗效果。不过，它在光曲线上的痕迹会弱很多。
此外，由于月球和行星围绕着它们的共同重心运动，光曲线上的这种额外的变暗将遵循一种相当复杂的模式。此外，还有其他一些影响需要考虑，比如行星-月球日食、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。
尽管如此，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"光变曲线，包括所有可能的行星和卫星的大小、相互距离和轨道方向。然后，一种算法将这些模拟光变曲线与观测到的光变曲线进行比较，寻找最佳匹配。哥廷根大学和松内贝格大学的研究人员使用了他们的开源算法"潘多拉"（Pandora）。"潘多拉"算法专为搜索外行星而优化，解决这一任务的速度比以前的算法快几个数量级。
依然没有卫星的痕迹
在开普勒-1708b行星的案例中，这对德国天文学家组合现在发现，没有卫星的情况与有卫星的情况一样能准确解释观测数据。来自松内贝格天文台的迈克尔-希普克（Michael Hippke）是这项新研究的合著者之一。"这些数据并不表明开普勒-1708b周围存在一颗外卫星。"
有很多证据表明，开普勒-1625b 也没有巨型卫星。此前，开普勒望远镜和哈勃望远镜已经观测到这颗行星在其恒星前的凌日现象。德国研究人员现在认为，恒星在其盘面上的瞬时亮度变化，即所谓的恒星边缘变暗效应，对所提出的外卫星信号有着至关重要的影响。
通过开普勒望远镜或者哈勃望远镜观察开普勒-1625b的母星，这种边缘变暗效应看起来是不同的。这是因为开普勒望远镜和哈勃望远镜对接收到的不同波长的光线非常敏感。哥廷根大学和松内贝格大学的研究人员现在认为，他们对这种效应的建模比巨型系外卫星更能确凿地解释这些数据。
他们新近进行的大量分析还表明，外小行星搜索算法经常会产生不可靠的结果。他们一次又一次地"发现"了一颗卫星，而实际上只有一颗行星在穿越它的主星。就开普勒-1625b这样的光变曲线而言，"误中"率可能在11%左右。海勒说："我们来自纽约的同事早些时候声称的系外行星是搜索数十颗系外行星周围卫星的结果。根据我们的估计，出现不可靠结果一点也不奇怪，几乎在意料之中。"
奇怪的卫星
研究人员还利用他们的算法预测了可以通过开普勒等空间任务的光线曲线清晰探测到的实际外行星的类型。根据他们的分析，目前的技术只能探测到在宽轨道上围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，这些卫星都是怪胎：大小至少是太阳系最大卫星"木卫三"的两倍，因此几乎和地球一样大。
海勒说："在未来的观测中，例如在 PLATO 任务中发现的第一批系外卫星，肯定会非常不寻常，因此探索起来令人兴奋。"
编译来源：ScitechDaily