Monde sind in unserem Sonnensystem die Norm. Die Internationale Astronomische Union erkennt 288 Planetenmonde an, und weitere werden derzeit entdeckt. Saturn hat satte 146 Monde. Jeder Planet außer Merkur und Venus hat Monde, und das Fehlen von Monden wird auf ihre geringe Größe und Nähe zur Sonne zurückgeführt.
Es scheint vernünftig, dass es Monde um Exoplaneten in anderen Sternsystemen gibt, und jetzt werden wir mit dem James Webb-Weltraumteleskop nach ihnen suchen.
Das Cool Worlds Lab ist Teil der Astronomieabteilung der Columbia University und wird von Assistenzprofessor David Kipping, einem bekannten britisch-amerikanischen Astronomen, geleitet. Das Labor konzentriert sich auf coole Exoplaneten mit weiten Umlaufbahnen um Sterne.
„In diesem Regime weichen die Orbitaldynamik und die Atmosphärenchemie von ihren heißen Gegenstücken ab und das Potenzial für Satelliten, Ringe und die Bewohnbarkeit nimmt zu“, heißt es auf der Website des Labors. Exomonde rund um diese Planeten sind Teil des Forschungsschwerpunkts des Labors, und Kipping ist Autor und Co-Autor mehrerer Artikel über Exomonde.
In der Welt der Astronomie gibt es viele aktive Diskussionen über Exomoons, wie man sie findet und wie man sie bestätigt. Derzeit gibt es keine bestätigten Exomoons, nur einen Kandidatenlistevon denen einige in bewohnbaren Zonen liegen sollten, wenn sie real sind.
Kipping und seinem Team ist es gelungen, etwas Zeit für die JWST-Beobachtung zu gewinnen, um nach einem Exomond zu suchen. Bereits im Februar wurde sein Vorschlag ausgewählt. „Wir haben schon sehr lange gehofft, Exomoons zu finden“, sagt Kipping in einem YouTube-Video, das den Beginn ihrer JWST-Beobachtungen ankündigt, und fügt hinzu, dass Exomoons „ein kontinuierlicher roter Faden in meiner Karriere“ gewesen seien.
Jetzt erhalten Kipping und das Cool Worlds Lab die Chance, mit dem leistungsstärksten Weltraumteleskop der Welt einen Exoplaneten namens Kepler-167e zu beobachten. Kipping selbst hat diesen Planeten vor etwa 10 Jahren gefunden und er hat etwas Besonderes. Es handelt sich um ein Jupiter-Analogon und um ein sehr seltenes Beispiel eines Gasriesen, der sich über einen langen Zeitraum im Transit befindet. Da Jupiter so viele Monde hat, argumentieren Kipping und andere, dass Kepler-167e ein starker Kandidat dafür ist, auch Monde zu haben.
Der Planet durchquert seinen Stern nur alle drei Jahre, und der nächste Transit findet gerade statt. Tatsächlich begann es am Morgen des 24. Oktober und das JWST beobachtete es im Auftrag des Cool Worlds Lab. Das JWST hat dem Labor 60 Stunden – also zweieinhalb Tage – Beobachtungszeit zur Verfügung gestellt. Diese Beobachtungen finden gerade statt, und wenn alles gut geht, haben wir möglicherweise die erste eindeutige Entdeckung eines Exomonds.
Die Daten aus diesen Beobachtungen stehen ein Jahr lang exklusiv dem Cool Worlds Lab zur Verfügung. „Wir haben ein Jahr Zeit, bis die Daten veröffentlicht werden, und das ist bei JWST-Daten ziemlich normal“, sagte Kipping.
Kipping sagt, dass sie vorsichtig sein müssen, wenn sie erste Ergebnisse erhalten. „Ich war schon oft in dieser Situation. Man erhält die Daten am ersten Tag. Man sieht einen Rückgang und sagt: ‚Das ist es. Wir sind da. Wir haben einen Mond.‘“ Aber ein paar Wochen oder Monate später könnte sich herausstellen, dass es nicht real ist. „Deshalb wollen wir die Begeisterung der Menschen nicht vorzeitig steigern“, sagte er.
Die Suche nach Exomoons ist äußerst anspruchsvoll und Kipping leitete die Bemühungen, einige in Keplers Daten zu finden. „Wir haben im Laufe unserer Zeit wahrscheinlich etwa 300 oder 350 Exoplaneten untersucht, und in der gesamten Analyse tauchten nur zwei echte Kandidaten auf“, sagte Kipping Anfang des Jahres in einem Interview mit Fraser Cain. Einer der Kandidaten war Kepler-1625 b, und selbst dann hatten sie nur die „geringsten Hinweise aus den Kepler-Daten, dass da etwas war“, sagte er.
Kipping sagte gegenüber Universe Today: „Wir bringen diese Datensätze wirklich an ihre Grenzen, um diese Signale überhaupt zu empfangen.“
Aber die Daten des JWST sollten robuster sein als die von Kepler. Kepler war eine automatisierte Umfrage, während der JWST ein anderes Biest ist. Kepler hatte ein festes Sichtfeld und einen Hauptspiegel von nur 0,95 Metern Durchmesser. Seine einzige Aufgabe bestand darin, Exoplaneten aufzuspüren, die vor ihren Sternen vorbeizogen. Das JWST verfügt über einen 6,5-Meter-Spiegel, mehrere Instrumente, darunter Kameras und Spektrographen, und ein Filtersystem. Es ist weitaus leistungsfähiger als Kepler, wie fast jeder weiß.
Kipping hofft, dass das JWST so kleine Monde wie Ganymed und Callisto entdecken kann. Es besteht die Möglichkeit, dass das JWST einen Slam-Dunk-Exomon entdeckt und es für alle klar ist. „Das ist das Traumszenario“, sagt Kipping. Diese Beobachtungen werden jedoch unabhängig davon, ob sie einen Exomond entdecken oder nicht, wissenschaftlich wertvoll sein, da das JWST in der Lage sein wird, andere Dinge auf dem Planeten zu messen.
„Aber es gibt auch ein Szenario, in dem wir nichts sehen“, sagte Kipping. Sollte das passieren, wäre das auch ein bedeutsamer Befund. „Wir müssten im Grunde das Lehrbuch zerreißen“, sagte Kipping. „Wenn wir keinen Titan sehen, wenn wir keinen Ganymed sehen, sehen wir keinen Callisto, das verrät uns etwas ziemlich Tiefgreifendes über die Mondentstehung, vielleicht, dass unser Sonnensystem etwas Besonderes ist.“
Dies spiegelt das wider, was wir früher über Exoplaneten gesagt haben. Vor der Kepler-Mission, bei der über 2.500 Exoplaneten entdeckt wurden, waren wir uns nicht sicher, ob die Planetenpopulation in unserem Sonnensystem normal oder außergewöhnlich war. Jetzt wissen wir, dass Exoplaneten wahrscheinlich jeden Stern umkreisen. (Obwohl unser Sonnensystem immer noch etwas Besonderes ist.)
Möglicherweise stehen wir am Rande eines Zeitalters der Exomond-Entdeckung, genau wie vor Keplers Start. Die Exomoon-Beobachtungen des Cool Worlds Lab sind nur eine von fünf Exomoon-Beobachtungsbemühungen, die das JWST genehmigt hat, und das JWST ist nicht das einzige Teleskop, das danach suchen wird. Die bevorstehende ESA-Mission PLATO (PLANetary Transits and Oscillations of Stars) wird Exoplaneten in bewohnbaren Zonen um sonnenähnliche Sterne untersuchen und auch Exomonde entdecken.
Kipping kocht vor Begeisterung über die Beobachtungen des JWST zu Kepler-167e. Er entdeckte den Planeten und wenn es ihm und seinem Team gelingen würde, den ersten bestätigten Exomond um ihn herum zu finden, wäre das eine ziemliche Leistung.
„Es ist eine großartige Gelegenheit, möglicherweise einige langjährige Theorien zu testen“, sagte Kipping und fügte hinzu, dass es auch ein „Traum ist, den ich während meiner gesamten Karriere hatte“.