Сигнатура магнитного поля на экзопланете — обнаружена

Международная группа астрономов использовала данные космического телескопа Хаббла, чтобы обнаружить сигнатуру магнитного поля на планете за пределами нашей солнечной системы. Находка, описанная в статье журнала Nature Astronomy, знаменует собой первый раз, когда такая особенность наблюдалась на экзопланете.

Наблюдения Хаббла за протяженной областью заряженных углеродных частиц, которые окружают экзопланету HAT-P-11b и уносятся прочь длинным хвостом, лучше всего объясняются магнитным полем, что является первым подобным открытием на планете за пределами нашей солнечной системы. Планета изображена в виде маленького кружка рядом с центром. Ионы углерода заполняют его огромную область. В хвосте магнитосферы, который не показан в полной мере, ионы вылетают с наблюдаемой средней скоростью около 100 000 миль в час. 1 астрономическая единица равна расстоянию между Землей и Солнцем. Предоставлено: Лотфи Бен-Яффель / Институт астрофизики, Париж.

Магнитное поле лучше всего объясняет наблюдения за протяженной областью заряженных углеродных частиц, которые окружают планету и устремляются прочь от нее длинным хвостом. Магнитные поля играют решающую роль в защите планетных атмосфер, поэтому способность 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, планетой размером с Нептун, находящейся в 123 световых годах от Земли, которая шесть раз прошла прямо через лицо своей звезды-хозяина в так называемом «транзите». Наблюдения проводились в ультрафиолетовом спектре света, который выходит за рамки того, что может видеть человеческий глаз.

Хаббл обнаружил ионы углерода — заряженные частицы, которые взаимодействуют с магнитными полями, — окружающие планету в так называемой магнитосфере. Магнитосфера — это область вокруг небесного объекта (например, Земли), которая образуется в результате взаимодействия объекта с солнечным ветром, излучаемым его звездой.

«Это первый раз, когда сигнатура магнитного поля экзопланеты была обнаружена непосредственно на планете за пределами нашей солнечной системы», — сказала Гильда Баллестер, адъюнкт-профессор исследования Луны и планетарной лаборатории Университета Аризоны и один из соавторов этой статьи. 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 эволюцию жизни на такой планете, как Земля, потому что магнитное поле защищает организмы от этих энергичных частиц ».

Открытие магнитосферы HAT-P-11b — важный шаг к лучшему пониманию обитаемости экзопланеты. По словам исследователей, не все планеты и луны в нашей солнечной системе имеют свои собственные магнитные поля, и связь между магнитными полями и обитаемостью планеты все еще требует дополнительных исследований.

«HAT-P-11b оказался очень интересной целью, потому что наблюдения за прохождением ультрафиолетового излучения Хаббла выявили магнитосферу, которая рассматривается как протяженный ионный компонент вокруг планеты и как длинный хвост убегающих ионов», — сказал Баллестер, добавив, что это Общий метод может быть использован для обнаружения магнитосфер на множестве экзопланет и оценки их роли в потенциальной обитаемости.

Баллестер, главный исследователь одной из программ космического телескопа Хаббла, наблюдавшей HAT-P-11b, внес свой вклад в выбор этой конкретной цели для УФ-исследований. Ключевым открытием стало наблюдение за ионами углерода не только в регионе, окружающем планету, но и за длинными хвостами, которые устремились прочь от планеты со средней скоростью 100 000 миль в час. Хвост уходил в космос как минимум на 1 астрономическую единицу, расстояние между Землей и Солнцем.

Исследователи во главе с первым автором статьи Лотфи Бен-Яффелем из Института астрофизики в Париже затем использовали трехмерное компьютерное моделирование для моделирования взаимодействия между самыми верхними атмосферными областями планеты и магнитным полем с приходящим солнечным ветром.

«Так же, как магнитное поле Земли и его ближайшее космическое окружение взаимодействуют с падающим солнечным ветром, который состоит из заряженных частиц, движущихся со скоростью около 900 000 миль в час, существует взаимодействие между магнитным полем HAT-P-11b и его непосредственной космической средой с солнечным ветром от — ведущая звезда, а они очень сложные », — пояснил Баллестер.

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

Исследователи также обнаружили, что металличность атмосферы HAT-P-11b — количество химических элементов в объекте, которые тяжелее водорода и гелия — ниже ожидаемого. В нашей солнечной системе ледяные газовые планеты Нептун и Уран богаты металлами, но имеют слабые магнитные поля, в то время как гораздо более крупные газовые планеты, Юпитер и Сатурн, имеют низкую металличность и сильные магнитные поля. По словам авторов, низкая атмосферная металличность HAT-P-11b бросает вызов современным моделям образования экзопланет.

«Хотя масса HAT-P-11b составляет всего 8% от массы Юпитера, мы думаем, что экзопланета больше похожа на мини-Юпитер, чем на Нептун», — сказал Баллестер. «Атмосферный состав, который мы видим на HAT-P-11b, предполагает, что необходимо провести дополнительную работу для уточнения существующих теорий о том, как в целом образуются определенные экзопланеты».

Космический телескоп Хаббла — это проект международного сотрудничества между НАСА и Европейским космическим агентством. Наблюдения проводились с помощью следующих программ: Малая программа HST № 14625, посвященная HAT-P-11b (главный исследователь Джильда Э. Баллестер), и казначейская программа HST № 14767 под названием PanCET: Программа панхроматического сравнительного экзопланетарного казначейства (со-главные исследователи) Дэвид К. Синг и Мерседес Лопес-Моралес).