Astronomer foretager de første beregninger af magnetisk aktivitet i varme Jupiter-exoplaneter

Gasgigantiske planeter, der kredser tæt på andre stjerner, har kraftige magnetfelter, mange gange stærkere end vores egen Jupiter, ifølge en ny undersøgelse foretaget af et hold af astrofysikere. Det er første gang, styrken af ​​disse felter er blevet beregnet ud fra observationer.

Holdet, ledet af Wilson Cauley fra University of Colorado, omfatter også lektor Evgenya Shkolnik fra Arizona State University's School of Earth and Space Exploration. De andre forskere er Joe Llama fra Northern Arizona University og Antonino Lanza fra Astrophysical Observatory of Catania i Italien. Deres rapport blev offentliggjort den 22. juli i Natur astronomi .

"Vores undersøgelse er den første til at bruge observerede signaler til at udlede exoplanetens magnetiske feltstyrker, " siger Shkolnik. "Disse signaler ser ud til at komme fra interaktioner mellem stjernens magnetfelter og den tæt kredsende planet."

Mange verdener

Mere end 3, 000 exoplanetsystemer indeholdende over 4, 000 planeter er blevet opdaget siden 1988. Mange af disse stjernesystemer inkluderer, hvad astronomer kalder "varme Jupitere". Disse er massive gasformige planeter, der formodes at ligne Solens Jupiter, men som kredser om deres stjerner i tæt afstand, typisk omkring fem gange stjernens diameter, eller cirka 20 gange Månens afstand fra Jorden.

Sådanne planeter rejser godt inde i deres stjernes magnetfelt, hvor interaktioner mellem planetfeltet og stjernen kan være kontinuerlige og stærke.

Tidligere undersøgelser, holdet siger, har sat øvre grænser for exoplanetmagnetiske felter, for eksempel fra radioobservationer eller udelukkende afledt af teori.

"Vi kombinerede målinger af øget stjerneemission fra de magnetiske stjerne-planet-interaktioner sammen med fysikteori for at beregne magnetfeltstyrkerne for fire varme Jupitere, " siger hovedforfatter Cauley.

De magnetiske feltstyrker, som holdet fandt, spænder fra 20 til 120? gauss. Til sammenligning, Jupiters magnetfelt er 4,3 gauss og Jordens feltstyrke er kun en halv gauss, selvom det er stærkt nok til at orientere kompasser over hele verden.

Udløsende aktivitet

Astrofysikerne brugte teleskoper på Hawaii og Frankrig til at opnå højopløselige observationer af emission fra ioniseret calcium (Ca II) i moderstjernerne til de fire varme Jupiters. Emissionen kommer fra en stjernes varme, magnetisk opvarmet kromosfære, et tyndt lag gas over den køligere stjerneoverflade. Observationerne lod holdet beregne, hvor meget energi der blev frigivet i stjernernes calciumemission.

siger Shkolnik, "Vi brugte effektestimaterne til at beregne magnetiske feltstyrker for planeterne ved hjælp af en teori for, hvordan planeternes magnetfelter interagerer med stjernenes magnetfelter."

Cauley forklarer, "Magnetiske felter kan lide at være i en tilstand af lav energi. Hvis du vrider eller strækker feltet som et gummibånd, dette øger energien, der er lagret i magnetfeltet." Varme Jupiters kredser meget tæt på deres moderstjerner, og så kan planetens magnetfelt vride og strække stjernens magnetfelt.

"Når dette sker, "Cauley siger, "energi kan frigives, når de to felter forbindes igen, og dette opvarmer stjernens atmosfære, øger calcium-emissionen."

Sondering dybt

Astrofysikere har mistænkt, at varme Jupitere ville, som vores egen Jupiter, har magnetiske felter produceret dybt inde i dem. De nye observationer giver den første sonde af disse massive planeters indre dynamik.

"Dette er det første estimat af magnetfeltstyrkerne for disse planeter baseret på observationer, så det er et stort spring i vores viden, Shkolnik bemærker. "Det giver os en bedre forståelse af, hvad der sker inde i disse planeter."

Hun tilføjer, at det også skal hjælpe forskere, der modellerer de varme Jupiters indre dynamoer. "Vi vidste intet om deres magnetiske felter - eller andre exoplanetmagnetiske felter - og nu har vi estimater for fire faktiske systemer."

Overraskende kraftfuld

Feltstyrkerne, holdet siger, er større, end man ville forvente kun i betragtning af planetens rotation og alder. Standard dynamo-teorien om planetariske magnetiske felter forudsiger feltstyrker for de samplede planeter, der er meget mindre end hvad holdet fandt.

I stedet, observationerne understøtter ideen om, at planetmagnetiske felter afhænger af mængden af ​​varme, der bevæger sig gennem planetens indre. Fordi de absorberer en masse ekstra energi fra deres værtsstjerner, varme Jupitere bør have større magnetfelter end planeter med tilsvarende masse og rotationshastighed.

"Vi er glade for at se, hvor godt størrelsen af ​​feltværdierne svarede til dem, der blev forudsagt af den interne varmefluxteori, " siger Shkolnik. "Dette kan også hjælpe os med at arbejde hen imod en klarere forståelse af magnetiske felter omkring tempererede klippeplaneter."