Магнитные поля горячих юпитеров оказались в 10 раз сильнее предсказаний теории

Взаимодействие между горячими юпитерами и родительскими звездами позволило ученым оценить силу магнитных полей экзопланет. Авторы воспользовались переменной яркостью свечения на определенных длинах волн, которое зависит от магнитного взаимодействия тел. Поля на поверхности четырех изученных экзопланет оказались от 20 до 120 гаусс, что в десятки раз превышает предсказания стандартной теории магнитного динамо. Подтвердить результаты и разобраться в механизме генерации поля должны дополнительные наблюдения в радиодиапазоне, пишут ученые в журнале Nature Astronomy.

Магнитные поля могут играть ключевую роль в эволюции многих астрономических объектов. Однако экспериментально определить их обычно исключительно сложно, поэтому ученые вынуждены опираться на косвенные источники информации.

Магнитные поля определяют характер взаимодействия планет с потоками частиц от родительского светила — звездным ветром. Это явление детально изучено в Солнечной системе, но достаточно плохо известно в контексте экзопланет из-за слабости соответствующих сигналов. На данный момент существует несколько оценок магнитных полей экзопланет, но все они сделаны косвенными методами и точность их невелика.

Особый интерес представляет исследование магнитных полей в связи с поиском потенциально обитаемых планет, так как оно ограничивает темп потери атмосферы и могут влиять на уровень радиации. Также наблюдение магнитных полей теоретически позволяет разделить планеты с одинаковыми радиусами и массами на основе их внутреннего строения, так как только движение проводящих электрический ток веществ в недрах тел может генерировать поле.

Наиболее простыми для изучения являются экзопланеты из класса горячих юпитеров, то есть крупные, преимущественно состоящие из газов тела на очень близких к звездам орбитах. В таком случае возможно непосредственное взаимодействие со звездным ветром и магнитным полем светила посредством пересоединений линий.

В работе под руководством Пола Коли (Paul Cauley) из Колорадского университета в Боулдере и его коллег из США и Италии впервые делается оценка магнитных полей горячих юпитеров. Авторам удалось оценить поле у четырех тел: HD 179949, HD 189733, τ Boo и υ And. Идея использованного метода заключается в поиске модуляций интенсивности линий излучения звезды, совпадающих по длительности с периодом обращения планет. Это позволят отделить вызванные приливами эффекты, так как приливное взаимодействие вызывает симметричные искажения поверхности, из-за чего их эффект циклически проявляется на масштабе в половину орбитального периода.

Существует несколько теоретических сценариев магнитного влияния планеты на излучение звезды, но, по оценкам астрономов, наиболее подходящим по энерговыделению является искажение основания магнитной трубки, соединяющей планету и поверхность светила. Авторы использовали линию излучения ионизованного кальция Ca II, зарождающуюся в горячих и замагниченных хромосферах звезд. Точно откалибровав энерговыделение в этой линии, можно не только убедиться в наличии взаимодействия магнитных полей, но и оценить силу планетарного поля.

Авторы приходят к выводу, что наиболее вероятными значениями полей являются 20 ± 7, 86 ± 29, 117 ± 38 и 83 ± 77 гаусс для HD 189733 b, HD 179949 b, τ Boo b и υ And b, соответственно. Эти значения примерно в 10–100 раз больше предсказаний теории магнитного динамо для этих объектов в стандартном варианте. Однако если учитывать заметный поток энергии от звезды, который дополнительно нагревает планету и ускоряет движение вещества внутри нее, то теоретические оценки приблизятся к наблюдательным. Также область генерации поля может залегать не в центре планеты, а ближе к ее поверхности, что также повлияет на оценки.

Измеренные поля оказались гораздо больше известных в Солнечной системе: поле Юпитера составляет 4,3 гаусса, а у Земли в среднем всего половина гаусса. Столь большие значения могут иметь важное последствие, так как такие мощные поля могут создавать подходящие условия для генерации и выхода в космос мазерного излучения, создаваемого электронами в циклотронном резонансе. Получающиеся радиоволны должны быть достаточной интенсивности для регистрации на Земле в диапазоне около сотни мегагерц, а их обнаружение станет подтверждением сделанных в данной работе оценок.

Ранее астрономы нашли горячий юпитер с «неправильным» направлением ветра, объяснили появление «раздутых» горячих юпитеров планетами-близнецами и обнаружили экстремально черную планету.

Тимур Кешелава