Przejdź do treści

Pierwsze obliczenia aktywności magnetycznej egzoplanet typu gorące Jowisze

img

Według nowego badania przeprowadzonego przez zespół astrofizyków gazowe olbrzymy krążące blisko swoich gwiazd mają potężne pola magnetyczne, wielokrotnie silniejsze od tego, jakie ma Jowisz. Po raz pierwszy moc tych pól została obliczona na podstawie obserwacji.

„Nasze badanie jest pierwszym, w którym wykorzystano obserwacje sygnałów do uzyskania natężenia pola magnetycznego planety. Sygnały te wydają się pochodzić z oddziaływania pomiędzy polami magnetycznymi gwiazdy i ciasno okrążającej jej planety” – powiedział prof. Evgenya Shkolnik ze School of Earth and Exploration Uniwersytetu Arizona.

Wiele światów
Od 1988 roku odkryto ponad 3000 układów zawierających przeszło 4000 egzoplanet. Wiele z tych układów gwiazdowych zawiera to, co astronomowie nazywają „gorącymi Jowiszami”. Są to masywne planety gazowe przypuszczalnie podobne do naszego Jowisza, ale krążące w niewielkich odległościach od swoich gwiazd, zazwyczaj zaledwie pięciokrotnie większej, niż średnica gwiazdy, lub mniej więcej 20-krotnie większej, niż odległość Ziemia-Księżyc.

Takie planety dobrze przemieszczają się w polu magnetycznym swojej gwiazdy, gdzie oddziaływania między polem planet i gwiazd mogą być nieustanne i silne.

Siły pola magnetycznego mieszczą się w przedziale 20 – 120 gausów. Dla porównania, pole magnetyczne Jowisza wynosi 4,3 gausa, a natężenie ziemskiego pola to tylko połowa gausa.

Wyzwalanie aktywności
Astronomowie użyli teleskopów na Hawajach i we Francji do pozyskania wysokiej rozdzielczości obserwacji emisji zjonizowanego wapnia (Ca II) w gwiazdach macierzystych czterech gorących Jowiszów. Emisja pochodzi z gorącej, magnetycznie ogrzewanej chromosfery gwiazdy (cienkiej warstwy gazu nad chłodniejszą powierzchnią gwiazdy). Obserwacje pozwoliły zespołowi obliczyć, ile energii zostało uwolnione przez gwiazdy w emisji wapnia.

„Pola magnetyczne lubią być w stanie niskiej energii. Jeżeli skręcisz lub rozciągniesz pole jak gumkę, zwiększy to energię zmagazynowaną w polu magnetycznym” – mówi Wilson Cauley z Uniwersytetu Kolorado. Gorące Jowisze krążą bardzo blisko swoich gwiazd macierzystych, więc pole magnetyczne planety może skręcać i rozciągać pole magnetyczne gwiazdy.

„Kiedy to nastąpi, energia może zostać uwolniona, gdy obydwa pola ponownie się połączą, a to ogrzeje atmosferę gwiazdy, zwiększając emisję wapnia” – powiedział Cauley.

Sondując głęboko
Astrofizycy podejrzewali, że gorące Jowisze, podobnie jak nasz gazowy olbrzym, mają pola magnetyczne wytwarzane głęboko w swoich wnętrzach. Nowe obserwacje dostarczają pierwszego sondowania wewnętrznej dynamiki tych masywnych planet.

Jest to pierwsze oszacowanie natężenia pola magnetycznego dla tych planet na podstawie obserwacji, więc jest to ogromny krok w wiedzy. Daje to naukowcom lepsze zrozumienie tego, co dzieje się wewnątrz tych planet.  

Powinno to również pomóc naukowcom, którzy modelują wewnętrzne dynama gorących Jowiszów. Do tej pory nic nie wiedzieli o ich polach magnetycznych – ani polach magnetycznych żadnych egzoplanet – a teraz mają oszacowania dla czterech realnych układów.

Zaskakująco potężny
Siły pola, jak twierdzi zespół, są większe, niż można by się spodziewać, biorąc pod uwagę jedynie rotację i wiek planety. Standardowa teoria dynamo planetarnych pól magnetycznych przewiduje siły pola dla badanych planet, które są znacznie mniejsze niż to, co odkrył zespół.

Zamiast tego obserwacje potwierdzają pogląd, że planetarne pola magnetyczne zależą od ilości ciepła przemieszczającego się wewnątrz planety. Ponieważ pochłaniają dużą ilość dodatkowej energii ze swoich macierzystych gwiazd, gorące Jowisze powinny mieć większe pola magnetyczne niż planety o podobnej masie i tempie rotacji.

Więcej:
Astronomers make first calculations of magnetic activity in 'hot Jupiter' exoplanets

Magnetic field strengths of hot Jupiters from signals of star–planet interactions

Źródło: Arizona State University

Na zdjęciu: Ilustracja pokazująca gorącego Jowisza krążącego tak blisko czerwonego karła, że obydwa pola magnetyczne oddziałują, uruchamiając aktywność gwiazdy. Źródło: NASA, ESA oraz A. Schaller (for STScI)