Dodano: 22 grudzień 2021r.

Historyczne odkrycie. Pierwsze ślady pola magnetycznego na egzoplanecie

Naukowcy zidentyfikowali pierwszą sygnaturę pola magnetycznego otaczającego planetę spoza naszego Układu Słonecznego. Ziemskie pole magnetyczne działa jak tarcza chroniąca przed naładowanymi cząstkami pochodzącymi ze Słońca, znanymi jako wiatr słoneczny. Pola magnetyczne mogą odgrywać podobną rolę na innych planetach.

Historyczne odkrycie. Pierwsze ślady pola magnetycznego na egzoplanecie

 

W odkryciu brał udział międzynarodowy zespół astronomów, który wykorzystał dane z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a. To pierwszy przypadek zaobserwowania śladów pola magnetycznego na egzoplanecie. Odkrycie opisano w czasopiśmie „Nature Astronomy” (DOI: 10.1038/s41550-021-01505-x).

Tarcza chroniąca planety

Pola magnetyczne odgrywają kluczową rolę w ochronie atmosfer planetarnych, więc możliwość ich wykrycia na egzoplanetach jest znaczącym krokiem w kierunku lepszego zrozumienia, jak te obce światy mogą wyglądać.

Zespół wykorzystał teleskop Hubble'a do obserwacji egzoplanety HAT-P-11b. Jest ona wielkości Neptuna i znajduje się ok. 123 lata świetlne od Ziemi. Obserwacje zostały wykonane w zakresie światła ultrafioletowego, które znajduje się tuż poza zasięgiem ludzkiego oka.

Teleskop Hubble'a wykrył jony węgla - naładowane cząstki, które oddziałują z polami magnetycznymi - otaczające planetę w tak zwanej magnetosferze. Magnetosfera to region wokół ciała niebieskiego (takiego jak Ziemia), który powstaje w wyniku oddziaływania planety z wiatrem słonecznym emitowanym przez jego gwiazdę. W obszarze tym zjawiska i ruchy cząstek są zdominowane przez pole magnetyczne danego obiektu.

Pierwszy taki przypadek

- Jest to pierwszy przypadek bezpośredniego wykrycia sygnatury pola magnetycznego na planecie spoza naszego Układu Słonecznego – mówi prof. Gilda Ballester z Lunar and Planetary Laboratory Uniwersytetu Arizony i jedna ze współautorek pracy. - Silne pole magnetyczne na planecie takiej jak Ziemia, może chronić jej atmosferę i powierzchnię przed bezpośrednim bombardowaniem cząstkami wiatru słonecznego. Procesy te silnie wpływają na ewolucję życia na planecie takiej jak Ziemia, ponieważ pole magnetyczne chroni żywe organizmy przed tymi cząstkami – podkreśla badaczka.

Odkrycie magnetosfery HAT-P-11b jest znaczącym krokiem w kierunku lepszego zrozumienia możliwości zamieszkania egzoplanety. Nie wszystkie planety i księżyce w naszym Układzie Słonecznym mają własne pola magnetyczne, a związek między polami magnetycznymi a możliwością zamieszkania planety wciąż wymaga dalszych badań.

- HAT-P-11b okazała się być bardzo ekscytującym celem, ponieważ obserwacje Hubble'a w UV ujawniły magnetosferę, widzianą zarówno jako składnik jonów wokół planety, jak i długi ogon uciekających jonów – tłumaczy prof. Ballester. Jej zdaniem podobną metodę badań można zastosować do wykrywania magnetosfer na innych egzoplanetach.

Ogon kluczowy odkryciem

Zdaniem badaczy najważniejszym odkryciem była obserwacja jonów węgla nie tylko w regionie otaczającym planetę, ale również rozciągających się w długim ogonie, który oddalał się od planety ze średnią prędkością 160 tys. km na godzinę. Ogon ten sięgał w przestrzeń kosmiczną na odległość co najmniej 1 jednostki astronomicznej, czyli odległości między Ziemią a Słońcem (w przybliżeniu 150 mln km).

Naukowcy pod kierownictwem Lotfi Ben-Jaffela z Instytutu Astrofizyki w Paryżu, wykorzystali trójwymiarowe symulacje komputerowe do modelowania interakcji pomiędzy górnymi obszarami atmosfery i polem magnetycznym planety a wiatrem słonecznym.

- Tak jak pole magnetyczne Ziemi i jej bezpośrednie otoczenie kosmiczne oddziałuje z wiatrem słonecznym, który składa się z poruszających się naładowanych cząstek, tak samo istnieją interakcje pomiędzy polem magnetycznym HAT-P-11b i jej bezpośrednim otoczeniem kosmicznym z wiatrem słonecznym pochodzącym od jej gwiazdy – wyjaśnia prof. Ballester.

Fizyka w magnetosferach Ziemi i HAT-P-11b jest taka sama, jednak bliskość egzoplanety do jej gwiazdy - zaledwie jedna dwudziesta odległości Ziemi od Słońca - powoduje, że jej górna atmosfera ogrzewa się i zasadniczo „gotuje się” w przestrzeni kosmicznej. To właśni skutkuje formowaniem się długiego ogona magnetycznego.

Potrzebne nowe modele formowania się egzoplanet?

Naukowcy odkryli również, że metaliczność atmosfery HAT-P-11b - liczba pierwiastków chemicznych w obiekcie, które są cięższe od wodoru i helu - jest niższa niż oczekiwano. W naszym Układzie Słonecznym gazowe planety lodowe, Neptun i Uran, są bogate w metale, ale mają słabe pola magnetyczne, podczas gdy znacznie większe planety gazowe, Jowisz i Saturn, mają niską metaliczność i silne pola magnetyczne. Niska metaliczność atmosfery HAT-P-11b rzuca wyzwanie obecnym modelom formowania się egzoplanet, twierdzą autorzy.

Chociaż masa HAT-P-11b wynosi tylko 8 proc. masy Jowisza, uważamy, że egzoplaneta ta bardziej przypomina mini-Jowisza niż Neptuna – mówi prof. Ballester. - Skład atmosfery na HAT-P-11b sugeruje, że należy prowadzić dalsze badania, aby udoskonalić obecne teorie na temat tego, jak ogólnie tworzą się niektóre egzoplanety – dodaje.

 

Źródło: University of Arizona, fot. Pixabay