Астрономы обнаружили первые признаки магнитного поля на планете за пределами нашей солнечной системы.

Изображение художника HAT-P-11b, экзопланеты, вращающейся вокруг своей звезды-хозяина на расстоянии около одной двадцатой расстояния от Земли до Солнца. Предоставлено: Деннис Баграм / Женевский университет.

Исследователи определили первую сигнатуру магнитного поля, окружающего планету за пределами нашей солнечной системы. Магнитное поле Земли действует как щит от энергичных частиц солнца, известных как солнечный ветер. Магнитные поля могут играть аналогичную роль на других планетах.

Международная группа астрономов использовала данные из Космический телескоп Хаббла Обнаружить сигнатуру магнитного поля на планете за пределами нашей солнечной системы. Результат описан в исследовательской статье в журнале. естественная астрономияЭто первый раз, когда такая функция была замечена в файле. внесолнечная планета.

Магнитное поле лучше всего объясняет наблюдения за протяженной областью заряженных углеродных частиц, которые окружают планету и уходят от нее длинным хвостом. Магнитные поля играют важную роль в защите атмосфер планет, поэтому возможность обнаруживать магнитные поля экзопланет — важный шаг к лучшему пониманию того, как могут выглядеть эти инопланетные миры.

Команда использовала Хаббл для наблюдения за экзопланетой HAT-P-11b, a НептунПланета, находящаяся в 123 световых годах от Земли, шесть раз проходит прямо над лицевой стороной своей звезды, что называется «транзитом». Наблюдения проводились в ультрафиолетовом спектре света, который недоступен человеческому глазу.

Хаббл обнаружил ионы углерода — заряженные частицы, которые взаимодействуют с магнитными полями, — окружающие планету в так называемой магнитосфере. Магнитосфера — это область вокруг небесного тела (такого как Земля), образованная взаимодействием тела с солнечным ветром, исходящим от звезды-хозяина.

Наблюдения Хаббла за протяженной областью заряженных углеродных частиц, окружающих экзопланету HAT-P-11b и уходящих в виде длинного хвоста, можно лучше всего объяснить ее магнитным полем, что является первым подобным открытием на планете за пределами нашей солнечной системы. Планета изображена в виде небольшого круга около центра. Ионы углерода заполняют огромную территорию. В магнитном хвосте, который не показан в максимальной степени, ионы вылетают со средней наблюдаемой скоростью около 100 000 миль в час. 1 а.е. равна расстоянию между Землей и Солнцем. Предоставлено: Лотфи Бенгавель / Институт астрофизики, Париж.

«Это первый случай, когда сигнатура магнитного поля экзопланеты была непосредственно обнаружена на планете за пределами нашей солнечной системы», — сказала Гильда Паллистер, доцент лаборатории Луны и планет Аризонского университета и соавтор книги. бумага. авторы. «Сильное магнитное поле на такой планете, как Земля, может защитить ее атмосферу и поверхность от прямой бомбардировки энергичными частицами, составляющими солнечный ветер. Эти процессы сильно влияют на развитие жизни на такой планете, как Земля, потому что магнитное поле защищает живые существа. от этих энергичных частиц «.

Открытие магнитосферы HAT-P-11b — важный шаг к лучшему пониманию обитаемости экзопланеты. По мнению исследователей, не все планеты и луны в нашей солнечной системе имеют свои собственные магнитные поля, и связь между магнитными полями и возможностью обитания на планете все еще требует дальнейшего изучения.

«HAT-P-11b оказался очень интересной целью, потому что ультрафиолетовые транзитные наблюдения Хаббла выявили магнитосферу, рассматриваемую как ионный компонент, распространяющийся вокруг планеты, и длинный хвост летучих ионов», — сказал Паллистер, добавив, что это может быть использовано Общий метод обнаружения магнитосфер на множестве экзопланет и оценки их роли в потенциальной обитаемости.

Паллистер, главный исследователь одной из программ космического телескопа Хаббла, наблюдавшей HAT-P-11b, внес свой вклад в выбор этой конкретной цели для ультрафиолетовых исследований. Главным открытием стало наблюдение за ионами углерода не только в районе вокруг планеты, но и в длинном хвосте, который уносится от планеты со средней скоростью 100 000 миль в час. Хвост достиг пространства по крайней мере на одну астрономическую единицу, то есть расстояние между Землей и Солнцем.

Исследователи во главе с первым автором статьи, Лотфи Бенгавел из Института астрофизики в Париже, использовали трехмерное компьютерное моделирование для моделирования взаимодействия между верхними слоями атмосферы планеты и магнитным полем с приходящим солнечным ветром.

«Так же, как взаимодействие магнитного поля Земли и ближайшего космического пространства с воздействующим солнечным ветром, который состоит из заряженных частиц, движущихся со скоростью 900 000 миль в час, существует взаимодействие между магнитным полем HAT-P-11b и ближайшим космосом. — окружающая среда с солнечным ветром, исходящим от ее звезды », — пояснил Балстер.

Физика магнитосферы Земли и HAT-P-11b одинакова; Однако близость экзопланеты к своей звезде — всего одна двадцатая расстояния от Земли до Солнца — заставляет верхние слои атмосферы нагреваться и по существу «кипеть» в космосе, что приводит к образованию магнитного хвоста.

Исследователи также обнаружили, что атмосферная металличность HAT-P-11b — количество химических элементов в объекте тяжелее водорода и гелия — ниже, чем ожидалось. В нашей Солнечной системе ледяные газовые планеты Нептун и Уран, богатые минералами, но со слабыми магнитными полями, в то время как гораздо более крупные газовые планеты, Юпитер И СатурнВ нем мало металлов и сильные магнитные поля. Авторы говорят, что низкоатмосферные металлы HAT-P-11b бросают вызов современным моделям образования экзопланет.

«Хотя масса HAT-P-11b составляет всего 8% массы Юпитера, мы думаем, что экзопланета больше похожа на маленький Юпитер, чем на Нептун», — сказал Паллистер. «Атмосферный состав, который мы видим на HAT-P-11b, предполагает, что требуется дополнительная работа для улучшения существующих теорий о том, как в целом образуются некоторые экзопланеты».

Ссылка: «Сильные магнитные сигнатуры и бедная металлами атмосфера экзопланеты размером с Нептун» Лютфи Бен Джавел, Джильда Э. Палестре, Антонио Гарсиа Муньос, Панайотис Лавас, Дэвид К. Сингх, Джордж Санс-Форкада, Офер Коэн, Тиффани Катария, Грегори В. Генри, Ларс Буххав, Томас Михал Эванс, Ханна Р. Уэйкфорд и Мерседес Лопес Моралес, 16 декабря 2021 г., доступно здесь. естественная астрономия.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01505-x

Космический телескоп Хаббл — это проект международного сотрудничества между НАСА и Европейское космическое агентство. Наблюдения проводились в рамках следующих программ: Программа Small HST № 14625, посвященная HAT-P-11b (главный исследователь Джильда Э. Баллестер), и казначейская программа HST № 14767 под названием PanCET: Программа сравнительного панхроматического казначейства экзопланет (ведущие исследователи Дэвид К. Сингх и Мерседес Лопес Моралес).

Статья «Сигнатуры сильного магнетизма и плохой металлической атмосферы экзопланеты размером с Нептун» была опубликована в номере журнала от 16 декабря. естественная астрономия. Соавторами помимо Баллестера и Бен-Яффеля являются Антонио Гарсия Муньос, Панайотис Лавас, Дэвид К. Уэйкфорд и Мерседес Лопес Моралес.