Astronomen hebben de eerste indicatie van een magnetisch veld gedetecteerd op een planeet buiten ons zonnestelsel

Onderzoekers hebben de eerste signatuur geïdentificeerd van een magnetisch veld rond een planeet buiten ons zonnestelsel. Het magnetisch veld van de aarde werkt als een schild tegen energetische deeltjes van de zon die bekend staan ​​als de zonnewind. Magnetische velden kunnen een vergelijkbare rol spelen op andere planeten.

Een internationaal team van astronomen gebruikte gegevens van Hubble Ruimtetelescoop De signatuur van een magnetisch veld ontdekken op een planeet buiten ons zonnestelsel. Het resultaat beschreven in een onderzoekspaper in het tijdschrift natuurlijke astronomieDit is de eerste keer dat een dergelijke functie in een bestand is gezien extrasolaire planeet.

Het magnetische veld verklaart het beste de waarnemingen van een uitgestrekt gebied van geladen koolstofdeeltjes die de planeet omringen en in een lange staart ervan wegvloeien. Magnetische velden spelen een belangrijke rol bij het beschermen van de atmosferen van planeten, dus het kunnen detecteren van magnetische velden van exoplaneten is een belangrijke stap naar een beter begrip van hoe deze buitenaardse werelden eruit zouden kunnen zien.

Het team gebruikte Hubble om de exoplaneet HAT-P-11b te observeren, a NeptunusDe planeet, op 123 lichtjaar van de aarde verwijderd, gaat zes keer recht over het gezicht van zijn moederster in wat bekend staat als een ’transit’. De waarnemingen zijn gedaan in het ultraviolette lichtspectrum, dat verder gaat dan wat het menselijk oog kan zien.

Hubble ontdekte koolstofionen – geladen deeltjes die interageren met magnetische velden – die de planeet omringen in wat bekend staat als de magnetosfeer. De magnetosfeer is een gebied rond een hemellichaam (zoals de aarde) dat wordt gevormd door de interactie van het lichaam met de zonnewind die afkomstig is van de gastster.

Hubble’s waarnemingen van een uitgestrekt gebied van geladen koolstofdeeltjes rond de exoplaneet HAT-P-11b en wegstromend in een lange staart kunnen het best worden verklaard door zijn magnetisch veld, de eerste dergelijke ontdekking op een planeet buiten ons zonnestelsel. De planeet wordt afgebeeld als een kleine cirkel nabij het midden. Koolstofionen vullen een enorm gebied. In de magnetische staart, die niet in zijn maximale omvang wordt getoond, ontsnappen de ionen met gemiddelde waargenomen snelheden van ongeveer 100.000 mijl per uur. 1 AU is gelijk aan de afstand tussen de aarde en de zon. Krediet: Lotfi Bengavel / Instituut voor Astrofysica, Parijs

“Dit is de eerste keer dat een magnetisch veldsignatuur van een exoplaneet rechtstreeks is gedetecteerd op een planeet buiten ons zonnestelsel”, zegt Gilda Pallister, universitair hoofddocent onderzoek aan het Lunar and Planetary Laboratory van de Universiteit van Arizona en co-auteur van de papier. auteurs. “Een sterk magnetisch veld op een planeet als de aarde kan de atmosfeer en het oppervlak beschermen tegen het directe bombardement van energetische deeltjes waaruit de zonnewind bestaat. Deze processen hebben grote invloed op de ontwikkeling van het leven op een planeet als de aarde, omdat het magnetische veld levende wezens beschermt van deze energetische deeltjes.”

De ontdekking van de magnetosfeer van HAT-P-11b is een belangrijke stap naar een beter begrip van de bewoonbaarheid van een exoplaneet. Volgens onderzoekers hebben niet alle planeten en manen in ons zonnestelsel hun eigen magnetische velden en moet het verband tussen magnetische velden en de mogelijkheid van bewoonbaarheid op een planeet nog nader worden bestudeerd.

“HAT-P-11 b is een zeer opwindend doelwit gebleken, omdat Hubble’s ultraviolette transitobservaties een magnetosfeer onthulden, gezien als een ionische component die zich rond de planeet uitstrekt en een lange staart van voortvluchtige ionen,” zei Pallister, eraan toevoegend dat dit zou kunnen worden gebruikt De algemene methode voor het detecteren van magnetosferen op een verscheidenheid aan exoplaneten en voor het evalueren van hun rol in potentiële bewoonbaarheid.

Pallister, hoofdonderzoeker van een van de Hubble Space Telescope-programma’s die HAT-P-11b hebben waargenomen, heeft bijgedragen aan de selectie van dit specifieke doelwit voor ultraviolet-onderzoek. De belangrijkste ontdekking was de waarneming van koolstofionen, niet alleen in het gebied rond de planeet, maar ook in een lange staart die met een gemiddelde snelheid van 100.000 mijl per uur van de planeet wegstroomt. De staart bereikte de ruimte voor ten minste één astronomische eenheid, namelijk de afstand tussen de aarde en de zon.

De onderzoekers, geleid door de eerste auteur van het artikel, Lotfi Bengavel van het Institute of Astrophysics in Parijs, gebruikten 3D-computersimulaties om interacties tussen de bovenste atmosfeergebieden van de planeet en het magnetische veld met de inkomende zonnewind te modelleren.

“Net als de interactie van het aardmagnetisch veld en de directe ruimteomgeving met de beïnvloedende zonnewind, die bestaat uit geladen deeltjes die met een snelheid van 900.000 mijl per uur reizen, zijn er interacties tussen het magnetische veld van HAT-P-11b en de directe ruimte omgeving met de zonnewind die van zijn ster komt, “legde Ballster uit. Gastheer, deze zijn erg complex.

De fysica in de magnetosfeer van de aarde en HAT-P-11b zijn hetzelfde; De nabijheid van een exoplaneet tot zijn ster – slechts een twintigste van de afstand van de aarde tot de zon – zorgt er echter voor dat de bovenste atmosfeer opwarmt en in wezen “kookt” in de ruimte, wat leidt tot de vorming van de magnetische staart.

De onderzoekers ontdekten ook dat de atmosferische metalliciteit van HAT-P-11b – het aantal chemische elementen in een object dat zwaarder is dan waterstof en helium – lager is dan verwacht. In ons zonnestelsel zijn de ijzige gasplaneten, Neptunus en Uranus, rijk aan mineralen maar met zwakke magnetische velden, terwijl de veel grotere gasplaneten, Jupiter En SaturnusHet heeft lage metalen en sterke magnetische velden. De auteurs zeggen dat de lage-atmosferische metalen van HAT-P-11b de huidige modellen van exoplaneetvorming uitdagen.

“Hoewel HAT-P-11b slechts 8% van de massa van Jupiter is, denken we dat de exoplaneet meer op kleine Jupiter lijkt dan op Neptunus,” zei Pallister. “De atmosferische samenstelling die we op HAT-P-11b zien, suggereert dat er meer werk nodig is om de huidige theorieën over hoe sommige exoplaneten in het algemeen worden gevormd, te verbeteren.”

Referentie: “Sterke magnetische handtekeningen en een metaalarme atmosfeer van een exoplaneet ter grootte van Neptunus” door Lutfi Ben Javel, Gilda E. Palestre, Antonio García Muñoz, Panagiotis Lavas, David K. Singh, George Sanz-Forkada, Ofer Cohen, Tiffany Kataria, Gregory W. Henry, Lars Buchhav, Thomas Michal Evans, Hannah R. Wakeford en Mercedes Lopez Morales, 16 december 2021, hier beschikbaar. natuurlijke astronomie.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01505-x

De Hubble Space Telescope is een internationaal samenwerkingsproject tussen NASA en het Europees Ruimteagentschap. Waarnemingen werden gedaan via de volgende programma’s: Small HST Program #14625 gewijd aan HAT-P-11b (Principal Investigator Gilda E. Ballester) en Treasury HST Program #14767 genaamd PanCET: The Exoplanet Comparative Panchromatic Treasury Program (Principal Investigators David K. Singh en Mercedes Lopez Morales).

Het artikel, “Signatures of Strong Magnetism and Bad Metallic Atmosphere of a Neptune-Sized Exoplanet” werd gepubliceerd in het nummer van 16 december van natuurlijke astronomie. Co-auteurs naast Ballester en Ben-Jaffel zijn Antonio García Muñoz, Panagiotis Lavas, David K. Wakeford en Mercedes Lopez Morales.