Astronomowie odkryli pierwsze oznaki pola magnetycznego na planecie poza naszym Układem Słonecznym

Wizja artysty przedstawiająca HAT-P-11b, egzoplanetę krążącą wokół swojej gwiazdy macierzystej około jednej dwudziestej odległości od Ziemi do Słońca. Źródło: Dennis Bagram/Uniwersytet Genewski

Naukowcy zidentyfikowali pierwszą sygnaturę pola magnetycznego otaczającego planetę poza naszym Układem Słonecznym. Pole magnetyczne Ziemi działa jak osłona przed energetycznymi cząsteczkami pochodzącymi ze Słońca, znanymi jako wiatr słoneczny. Pola magnetyczne mogą odgrywać podobną rolę na innych planetach.

Międzynarodowy zespół astronomów wykorzystał dane z Kosmiczny teleskop Hubble Aby odkryć sygnaturę pola magnetycznego na planecie poza naszym Układem Słonecznym. Wynik opisany w artykule naukowym w czasopiśmie astronomia naturalnaPo raz pierwszy taka funkcja została zauważona w pliku planeta pozasłoneczna.

Pole magnetyczne najlepiej wyjaśnia obserwacje rozszerzonego obszaru naładowanych cząstek węgla, które otaczają planetę i odpływają od niej długim ogonem. Pola magnetyczne odgrywają ważną rolę w ochronie atmosfer planet, więc możliwość wykrywania pól magnetycznych z egzoplanet jest ważnym krokiem w kierunku lepszego zrozumienia, jak te obce światy mogą wyglądać.

Zespół wykorzystał Hubble’a do obserwacji egzoplanety HAT-P-11b, a NeptunPlaneta, znajdująca się 123 lata świetlne od Ziemi, przechodzi bezpośrednio przez twarz swojej gwiazdy macierzystej sześć razy w tak zwanym „tranzycie”. Obserwacje zostały wykonane w widmie światła ultrafioletowego, które wykracza poza to, co ludzkie oko może zobaczyć.

Hubble odkrył jony węgla — naładowane cząstki oddziałujące z polami magnetycznymi — otaczające planetę w tak zwanej magnetosferze. Magnetosfera to obszar wokół ciała niebieskiego (takiego jak Ziemia) utworzony przez interakcję tego ciała z wiatrem słonecznym emanującym z gwiazdy macierzystej.

Obserwacje Hubble’a rozszerzonego obszaru naładowanych cząstek węgla otaczających egzoplanetę HAT-P-11b i odpływających w długim ogonie można najlepiej wytłumaczyć polem magnetycznym, pierwszym takim odkryciem na planecie poza naszym Układem Słonecznym. Planeta jest przedstawiona jako mały okrąg w pobliżu środka. Jony węgla wypełniają ogromny obszar. W warkoczu magnetycznym, którego nie widać w maksymalnym stopniu, jony uciekają ze średnią obserwowaną prędkością około 100 000 mil na godzinę. 1 AU jest równa odległości między Ziemią a Słońcem. Źródło: Lotfi Bengavel / Instytut Astrofizyki, Paryż

„To pierwszy raz, kiedy sygnatura pola magnetycznego egzoplanety została bezpośrednio wykryta na planecie poza naszym Układem Słonecznym” – powiedziała Gilda Pallister, adiunkt w Laboratorium Księżycowym i Planetarnym Uniwersytetu Arizony i współautorka papier. autorski. „Silne pole magnetyczne na planecie takiej jak Ziemia może chronić jej atmosferę i powierzchnię przed bezpośrednim bombardowaniem energetycznymi cząstkami, które tworzą wiatr słoneczny. Procesy te mają ogromny wpływ na rozwój życia na planecie takiej jak Ziemia, ponieważ pole magnetyczne chroni organizmy żywe z tych energetycznych cząstek.”

Odkrycie magnetosfery HAT-P-11b jest ważnym krokiem w kierunku lepszego zrozumienia zamieszkiwania na egzoplanecie. Zdaniem naukowców nie wszystkie planety i księżyce w naszym Układzie Słonecznym mają własne pola magnetyczne, a związek między polami magnetycznymi a możliwością zamieszkania na planecie wciąż wymaga dalszych badań.

„HAT-P-11b okazał się być bardzo ekscytującym celem, ponieważ obserwacje tranzytu ultrafioletowego Hubble’a ujawniły magnetosferę, postrzeganą jako składnik jonowy rozciągający się wokół planety i długi ogon ulotnych jonów” – powiedział Pallister, dodając, że może to być stosowany Ogólna metoda wykrywania magnetosfer na różnych egzoplanetach i oceny ich roli w potencjalnym zamieszkiwaniu.

Pallister, główny badacz jednego z programów Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, który obserwował HAT-P-11b, przyczynił się do wyboru tego konkretnego celu do badań w ultrafiolecie. Głównym odkryciem była obserwacja jonów węgla nie tylko w regionie wokół planety, ale także w długim ogonie, który odpływa z planety ze średnią prędkością 100 000 mil na godzinę. Ogon dotarł do miejsca na co najmniej jedną jednostkę astronomiczną, czyli odległość między Ziemią a Słońcem.

Naukowcy, kierowani przez pierwszego autora artykułu, Lotfi Bengavel z Instytutu Astrofizyki w Paryżu, wykorzystali symulacje komputerowe 3D do modelowania interakcji między górnymi obszarami atmosfery planety a polem magnetycznym z nadchodzącym wiatrem słonecznym.

„Podobnie jak oddziaływanie pola magnetycznego Ziemi i najbliższego otoczenia kosmicznego z wpływającym na niego wiatrem słonecznym, który składa się z naładowanych cząstek poruszających się z prędkością 900 000 mil na godzinę, istnieją interakcje między polem magnetycznym HAT-P-11b a bezpośrednią przestrzenią kosmiczną środowisko z wiatrem słonecznym pochodzącym z jego gwiazdy” – wyjaśnił Ballster. Gospodarz, są one bardzo złożone.

Fizyka w magnetosferze Ziemi i HAT-P-11b jest taka sama; Jednak bliskość egzoplanety do jej gwiazdy – zaledwie jedna dwudziesta odległości Ziemi od Słońca – powoduje ocieplenie górnej atmosfery i zasadniczo „wrzenie” w kosmosie, prowadząc do powstania warkocza magnetycznego.

Naukowcy odkryli również, że metaliczna atmosfera atmosferyczna HAT-P-11b – liczba pierwiastków chemicznych w obiekcie cięższym od wodoru i helu – jest niższa niż oczekiwano. W naszym Układzie Słonecznym planety z lodowatym gazem, Neptun i Uran, bogate w minerały, ale o słabym polu magnetycznym, podczas gdy znacznie większe planety gazowe, Jowisz i SaturnMa niską zawartość metali i silne pola magnetyczne. Autorzy twierdzą, że metale znajdujące się w HAT-P-11b o niskiej temperaturze atmosferycznej podważają obecne modele formowania się egzoplanet.

„Chociaż HAT-P-11b ma tylko 8% masy Jowisza, uważamy, że egzoplaneta bardziej przypomina małego Jowisza niż Neptuna” – powiedział Pallister. „Skład atmosfery, który widzimy na HAT-P-11b, sugeruje, że potrzeba więcej pracy, aby ulepszyć obecne teorie dotyczące ogólnego formowania się niektórych egzoplanet”.

Odniesienie: „Silne podpisy magnetyczne i uboga w metal atmosfera egzoplanety wielkości Neptuna” Lutfi Ben Javel, Gilda E. Palestre, Antonio García Muñoz, Panagiotis Lavas, David K. Singh, George Sanz-Forkada, Ofer Cohen, Tiffany Kataria, Gregory W. Henry, Lars Buchhav, Thomas Michal Evans, Hannah R. Wakeford i Mercedes Lopez Morales, 16 grudnia 2021 r., Dostępne tutaj. astronomia naturalna.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01505-x

Kosmiczny Teleskop Hubble’a to międzynarodowy projekt współpracy między NASA oraz Europejską Agencję Kosmiczną. Obserwacje prowadzono w ramach następujących programów: Small HST Program #14625 poświęcony HAT-P-11b (Principal Investigator Gilda E. Ballester) oraz Treasury HST Program #14767 o nazwie PanCET: The Exoplanet Comparative Panchromatic Treasury Program (Principal Investigators David K. Singh i Mercedes Lopez Morales).

Artykuł „Signatures of Strong Magnetism and Bad Metallic Atmosphere of a Neptune-Sized Exoplanet” został opublikowany w numerze z 16 grudnia. astronomia naturalna. Współautorami oprócz Ballestera i Ben-Jaffela są Antonio García Muñoz, Panagiotis Lavas, David K. Wakeford i Mercedes Lopez Morales.