Исследователи впервые обнаружили след магнитного поля у экзопланеты

Астрономы впервые определили сигнатуру магнитного поля, окружающего планету за пределами нашей солнечной системы. Магнитное поле Земли действует как щит от заряженных частиц солнца, известных как солнечный ветер. Магнитные поля могут играть аналогичную роль на других планетах.

Международная группа астрономов использовала данные космического телескопа Хаббл, чтобы обнаружить сигнатуру магнитного поля на планете за пределами нашей солнечной системы.

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.

Ученые использовали Хаббл для наблюдения за экзопланетой HAT-P-11b, планетой размером с Нептун, находящейся в 123 световых годах от Земли, которая шесть раз прошла прямо перед своей звездой-хозяином 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.

«Впервые сигнатура магнитного поля экзопланеты была обнаружена непосредственно на планете за пределами нашей солнечной системы», — сказала Гильда Баллестер, профессор Университета Аризоны и один из соавторов статьи.

«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 живые организмы от солнечной радиации».

Открытие магнитосферы на экзопланете HAT-P-11b — важный шаг к лучшему пониманию обитаемости инопланетных миров.

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 транзита в ультрафиолетовом диапазоне показали магнитосферу, которая рассматривается как протяженный ионный компонент вокруг планеты и как длинный хвост убегающих ионов», — сказала Гильда Баллестер, добавив, что это метод может быть использован для обнаружения магнитосфер на множестве экзопланет и оценки их роли в потенциальной обитаемости.

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 150 000 км в час. Хвост уходил в космос как минимум на 1 астрономическую единицу — расстояние между Землей и Солнцем.

Исследователи затем использовали трехмерное компьютерное моделирование для понимания взаимодействия между самыми верхними атмосферными областями планеты и магнитным полем с приходящим солнечным ветром.

«Подобно тому, как магнитное поле Земли и ее ближайшее космическое окружение взаимодействуют с солнечным ветром, который состоит из заряженных частиц, движущихся со скоростью около 1 500 000 км в час, существует взаимодействие между магнитным полем HAT-P-11b и его непосредственной космической средой с солнечным ветром от звезды, а они очень сложные», — пояснили ученые.

Физика в магнитосфере Земли и HAT-P-11b одинакова; однако непосредственная близость экзопланеты к своей звезде — всего лишь 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», — говорят астрономы. «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».