Haben wir Exomoons gefunden oder nicht?

Haben Exoplaneten Exomonde? Es wäre außergewöhnlich, wenn sie es nicht täten, aber wie bei allen Dingen wissen wir es erst, wenn wir es wissen. Astronomen dachten, sie könnten vor einigen Jahren Exomonde um zwei Exoplaneten gefunden haben: Kepler-1625b und Kepler-1708b. Haben sie?

Im Jahr 2017 Forscher Beweise gefunden der Monde um Kepler-1625b und Kepler-1708b. Es war ein aufregendes Ergebnis, obwohl die Forscher warnten, dass ihre Ergebnisse nicht schlüssig seien. Sie hofften, dass das Hubble die Exomonde bestätigen könnte. „Schließlich berichten wir über Beweise für einen Exomond-Kandidaten Kepler-1625b I, den wir vor geplanten Beobachtungen des Ziels mit dem Hubble-Weltraumteleskop kurz beschreiben“, schrieben die Autoren (Teachey et al.).

Zuletzt Rene Heller und Michael Hippke schrieb In Naturastronomie dass die Daten, auf die sich Teachey et al. stützten, Exomoons nicht unterstützen. „Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Mond Kepler-1708b umkreist, ist deutlich geringer als bisher angenommen“, sagte Forschungskoautor Michael Hippke von der Sternwarte Sonneberg. „Die Daten deuten nicht auf die Existenz eines Exomondes um Kepler-1708b hin“, fügte er hinzu. Heller und Hippke sagten dasselbe über Kepler-1625b.

Jetzt hat eine Gruppe von Forschern, darunter zwei der Autoren der ursprünglichen Studie aus dem Jahr 2017, die Beweise für die Exomoons zeigte, David Kipping und Alex Teachey, auf Heller und Hippke geantwortet.

„Kürzlich argumentierten Heller und Hippke, dass die Exomoon-Kandidaten Kepler-1625 bi und Kepler-1708 bi angeblich ‚widerlegt‘ wurden“, schreiben Kipping und Teachey. Sie behaupten, Heller und Hippke hätten zu viele nützliche Daten verworfen und damit das Exomoon-unterstützende Signal in den Hubble-Lichtkurven für Kepler-1625 bi eliminiert. Ihre Antwort ist in einem Artikel von Matters Arising enthalten, der derzeit von untersucht wird Naturastronomie und aktuell verfügbar auf der arXiv Preprint-Server.

Exomoons zu erkennen ist äußerst schwierig. Der einzige Beweis sind leichte Kurven. Die beiden betreffenden Exoplaneten Kepler-1625 b und Kepler-1708b sind 8.200 bzw. 5.500 Lichtjahre entfernt. Auch wenn wir oft von Galaxien sprechen, die mehrere Milliarden Lichtjahre entfernt sind, sind diese beiden Planeten extrem weit entfernt. Das vergisst man leicht und wie schwer sie zu beobachten sind.

Kepler fand das Exoplanetenpaar in dieser Arbeit mit der Transitmethode. Die Transitmethode misst den Lichtabfall, der durch einen Planeten verursacht wird, der vor seinem Stern vorbeizieht. Der Transit erzeugt eine Lichtkurve, die Astronomen auf die Anwesenheit eines Planeten analysieren. Ein Exomond um einen mit der Transitmethode entdeckten Planeten erzeugt seinen eigenen Lichteinbruch, wenn man so will, einen Untertransit.

Aber diese Lichtkurven springen nicht aus den Daten heraus. Um sie zu finden, bedarf es einer detaillierten Analyse. Die Lichtkurven von Exomonden sind viel schwächer als die Lichtkurven von Exoplaneten. Da sie so schwach sind, kann Rauschen im Signal sie verdecken oder sogar falsche Signale darstellen. Nur eine strukturierte Analyse kann diese schwachen Exomond-Lichtkurven aufdecken, und es gibt mehr als eine Möglichkeit, diese Art von Daten zu analysieren. Verschiedene Forscher verwenden unterschiedliche Methoden, Modelle und Algorithmen, um Daten zu analysieren, und manchmal schließen sie sogar Daten aus, die andere Forscher behalten. Es ist nicht einfach.

In diesem Fall sagen Kipping und Teachey, dass Heller und Hippke in ihrer Analyse Fehler gemacht und auch kritische Informationen ausgeschlossen hätten.

„Wir zeigen, dass ihre Hubble-Lichtkurve etwa 20 % höheres Rauschen aufweist und 11 % der nützlichen Daten verwirft, was ihre Fähigkeit, das subtile Signal von Kepler-1625 bi wiederherzustellen, beeinträchtigt“, schreiben Kipping und Teachey.

Ähnliches geschah auch mit Kepler-1708 bi. Kipping und Teacher schreiben, dass Heller und Hippke einige der Daten falsch gehandhabt haben, insbesondere die Entscheidungen, die sie bei der Trendbereinigung getroffen haben. Unter Detrending versteht man das Entfernen eines Trends in Daten, um die Entstehung zyklischer und anderer Muster zu ermöglichen. Die Analyse und Trendbereinigung von Heller und Hippke deutete darauf hin, dass es keinen Exomond um Kepler-1708 bi gab. Aber als Kipping und Teacher die Arbeit von Heller und Hippke analysierten, sagten sie, sie könnten „… das ursprüngliche Mondsignal mit noch größerer Sicherheit als zuvor wiederherstellen“.

Über eine Sache sind sich Kipping und Teacher sehr im Klaren: „Wir beginnen mit der klaren Feststellung: Beide Exomoon-Kandidaten sind möglicherweise nicht real. Unsere ursprüngliche und fortgesetzte Behauptung ist bescheiden: Diese Objekte sind Kandidaten, für die die Daten zwar substantielle, aber nicht völlig schlüssige Beweise liefern.“ zugunsten von Exomoons.“

Kepler-1708b

Kipping und Teacher sagen, dass die Analyse von Heller und Hippke fehlerhaft sei. Für Kepler-1708 bi zeigt die Lichtkurve immer noch einen potenziellen Exomond, der in allen folgenden Feldern als gestrichelte Linie dargestellt ist.

In ihrer Arbeit aus dem Jahr 2023, die der Exomoon-Erklärung widersprach, schrieben Heller und Hippke: „Das vorgeschlagene Exomoon-Transitsignal unterscheidet sich nicht von anderen Quellen für Variationen in der Lichtkurve, die wahrscheinlich stellaren oder systematischen Ursprungs sind.“ Die Arbeit von Kipping und Teacher zeigt jedoch dass die Kurve in den Daten immer noch vorhanden ist.

Kepler-1625 bi

Kipping und Teacher haben auch Einwände gegen die Analyse von Kepler-1625 bi durch Heller und Hippke. K & T sagen erneut, dass die anderen Forscher bei ihrer Analyse Fehler gemacht hätten. Zum einen haben Heller und Hippke die erste Aufnahme in jeder Umlaufbahn gemacht. Das bedeutet, dass es 11 % weniger wertvolle Daten gibt. K & T erklären, dass das Entfernen so vieler Daten der Erkennung eines so schwachen Exomoon-Signals entgegensteht.

K & T weist außerdem darauf hin, dass Heller und Hippke wichtige Daten auf Anfrage, auch im E-Mail-Verkehr, nicht zur Verfügung gestellt hätten. Das könnte ein Warnsignal sein oder eine einfache Erklärung haben. Es sieht jedoch nicht gut aus, wichtige Daten nicht mit anderen Forschern zu teilen. „Die Autoren liefern auch keine Beschreibung ihrer Reduzierung der Hubble-Daten, ein beunruhigendes Versäumnis angesichts der notorisch großen Anzahl von Auswahlmöglichkeiten, die zur Interpretation eines Instruments mit solch starker Systematik erforderlich sind“, schreiben K & T.

K & T ging für die Zwecke dieser Arbeit davon aus, dass Heller und Hippke die Datenreduktion nutzten, die sie in zuvor veröffentlichten Arbeiten verwendeten. Die Ergebnisse? K & T fand immer noch Signale, die auf einen möglichen Exomond hinweisen.

„Heller & Hippke kamen zu dem Schluss, dass die Exomoon-Kandidaten Kepler-1625 bi und Kepler-1708 bi unwahrscheinlich sind, aber wir haben gezeigt, dass ihre Argumente grundlegend fehlerhaft sind und auf zahlreichen Entscheidungen und Interpretationen beruhen, die einer Überprüfung nicht standhalten“, so Kipping und Teacher schreiben.

Sofern Heller und Hippke keine weitere Antwort geben, gelten die letzten Worte Kipping und Teacher. „Wir kommen zu dem Schluss, dass beide Kandidaten weiterhin lebensfähig sind, erfordern aber sicherlich weitere Beobachtungen.“