Nightside-radio kunne hjælpe med at afsløre exoplanetdetaljer

Vi kan ikke opdage dem endnu, men radiosignaler fra fjerne solsystemer kunne give værdifuld information om deres planeters karakteristika.

Et papir fra Rice University-forskere beskriver en måde til bedre at bestemme, hvilke exoplaneter der er mest tilbøjelige til at producere detekterbare signaler baseret på magnetosfærens aktivitet på exoplaneternes tidligere nedsatte natsider.

Undersøgelsen af ​​Rice-alumnen Anthony Sciola, der fik sin ph.d. dette forår og blev vejledt af medforfatter og rumplasmafysiker Frank Toffoletto, viser, at mens radioemissioner fra exoplaneternes dagsider ser ud til at max ud under høj solaktivitet, dem, der dukker op fra natsiden, vil sandsynligvis øge signalet betydeligt.

Dette interesserer exoplanetsamfundet, fordi styrken af ​​en given planets magnetosfære indikerer, hvor godt den ville være beskyttet mod solvinden, der udstråler fra dens stjerne, på samme måde som Jordens magnetfelt beskytter os.

Planeter, der kredser inden for en stjernes Guldlok-zone, hvor forhold ellers kan give liv, kunne anses for ubeboelig uden bevis for en stærk nok magnetosfære. Magnetiske feltstyrkedata ville også hjælpe med at modellere planetariske interiører og forstå, hvordan planeter dannes, sagde Sciola.

Undersøgelsen vises i The Astrophysical Journal .

Jordens magnetosfære er ikke ligefrem en kugle; det er et kometformet sæt feltlinjer, der komprimeres mod planetens dagside og hale ud i rummet på natsiden, efterlader hvirvler i deres kølvand, især under solarrangementer som koronale masseudstødninger. Magnetosfæren omkring hver planet udsender, hvad vi fortolker som radiobølger, og jo tættere på solen en planet kredser, jo stærkere emissioner.

Astrofysikere har en ret god forståelse af vores eget systems planetariske magnetosfærer baseret på den radiometriske bodes lov, et analytisk værktøj, der bruges til at etablere en lineær sammenhæng mellem solvinden og radioemissioner fra planeterne på dens vej. I de seneste år, forskere har forsøgt at anvende loven på exoplanetariske systemer med begrænset succes.

"Samfundet har brugt disse tommelfingerregel empiriske modeller baseret på, hvad vi ved om solsystemet, men det er lidt gennemsnitligt og udjævnet, " sagde Toffoletto. "En dynamisk model, der inkluderer al denne spidse adfærd, kunne betyde, at signalet faktisk er meget større, end disse gamle modeller antyder. Anthony tager dette og skubber det til dets grænser for at forstå, hvordan signaler fra exoplaneter kunne detekteres."

Sciola sagde, at den nuværende analytiske model primært er afhængig af emissioner, der forventes at komme fra en exoplanets polarområde, hvad vi ser på Jorden som et nordlys. Den nye undersøgelse tilføjer en numerisk model til dem, der estimerer polarregionsemissioner for at give et mere fuldstændigt billede af emissioner omkring en hel exoplanet.

"Vi tilføjer funktioner, der kun dukker op i lavere områder under virkelig høj solaktivitet, " han sagde.

Det viser sig, han sagde, at emissioner om natten ikke nødvendigvis kommer fra ét stort sted, som nordlys omkring nordpolen, men fra forskellige dele af magnetosfæren. I nærvær af stærk solaktivitet, summen af ​​disse nightside spots kunne hæve planetens samlede emissioner med mindst en størrelsesorden.

"De er meget små og forekommer sporadisk, men når du opsummerer dem alle, de kan have en stor effekt, " sagde Sciola, som fortsætter arbejdet på Johns Hopkins University's Applied Physics Laboratory. "Du har brug for en numerisk model for at løse disse begivenheder. Til denne undersøgelse, Sciola brugte Multiscale Atmosphere Geospace Environment (MAGE) udviklet af Center for Geospace Storms (CGS) baseret på Applied Physics Laboratory i samarbejde med Rice rumplasmafysikgruppen.

"Vi bekræfter i det væsentlige den analytiske model for mere ekstreme exoplanetsimulationer, men tilføjer ekstra detaljer, " sagde han. "Tag-away er, at vi gør yderligere opmærksom på den nuværende models begrænsende faktorer, men siger, at under visse situationer, du kan få flere emissioner, end den begrænsende faktor antyder."

Han bemærkede, at den nye model fungerer bedst på exoplanetariske systemer. "Du skal virkelig langt væk for at se effekten, " sagde han. Det er svært at sige, hvad der foregår på verdensplan på Jorden; det er som at prøve at se en film ved at sidde lige ved siden af ​​skærmen. Du får kun et lille stykke af det."

Også, radiosignaler fra en jordlignende exoplanet vil muligvis aldrig kunne detekteres fra jordens overflade, sagde Sciola. "Jordens ionosfære blokerer dem, " sagde han. "Det betyder, at vi ikke engang kan se Jordens egen radioudsendelse fra jorden, selvom det er så tæt på."

Detektering af signaler fra exoplaneter vil kræve enten et kompleks af satellitter eller en installation på den anden side af månen. "Det ville være dejligt, stille sted at lave en række, der ikke vil være begrænset af Jordens ionosfære og atmosfære, " sagde Sciola.

Han sagde, at observatørens position i forhold til exoplaneten også er vigtig. "Emissionen er "strålet, "" sagde Sciola. "Det er som et fyrtårn:Du kan se lyset, hvis du er på linje med strålen, men ikke hvis du er direkte over fyret. Så at have en bedre forståelse af signalets forventede vinkel vil hjælpe observatører med at afgøre, om de er i kø for at observere det for en bestemt exoplanet."