天文學(xué)家首先計(jì)算了熱木星系外行星的磁活動(dòng)

根據(jù)天體物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)新研究，靠近其他恒星運(yùn)行的氣體巨行星具有強(qiáng)大的磁場，比我們自己的木星強(qiáng)很多倍。這是第一次根據(jù)觀察結(jié)果計(jì)算出這些油田的強(qiáng)度。

該團(tuán)隊(duì)由科羅拉多大學(xué)的Wilson Cauley領(lǐng)導(dǎo)，還包括亞利桑那州立大學(xué)地球與太空探索學(xué)院的副教授Evgenya Shkolnik。其他研究人員是北亞利桑那大學(xué)的Joe Llama和卡塔尼亞天體物理觀測(cè)臺(tái)的Antonino Lanza。他們的報(bào)告于7??月22日在“ 自然天文學(xué)”上發(fā)表。

“我們的研究是第一次使用觀測(cè)信號(hào)來推導(dǎo)系外行星磁場領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，”什科利尼克說。“這些信號(hào)似乎來自恒星磁場與緊密軌道行星之間的相互作用。”

許多世界

自1988年以來，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過3,000個(gè)包含超過4,000個(gè)行星的系外行星系統(tǒng)。這些恒星系統(tǒng)中有許多包括天文學(xué)家所謂的“熱木星”。這些巨大的氣體行星被認(rèn)為像太陽的木星一樣，但是它們?cè)诮嚯x的軌道上運(yùn)行，通常是恒星直徑的五倍左右，或者是月球與地球距離的大約20倍。

這樣的行星在它們的恒星磁場內(nèi)很好地行進(jìn)，行星場和恒星之間的相互作用可以是連續(xù)的和強(qiáng)大的。

這個(gè)例子顯示了一顆熱的木星繞著一顆紅矮星旋轉(zhuǎn)，這兩顆恒星的磁場相互作用，在恒星上產(chǎn)生活動(dòng)。天體物理學(xué)家利用這種活動(dòng)來計(jì)算四個(gè)熱木星星球系統(tǒng)的場強(qiáng)。圖片來源：NASA，ESA和A. Schaller(STScI)

該團(tuán)隊(duì)表示，以前的研究已經(jīng)對(duì)系外行星磁場設(shè)置了上限，例如通過無線電觀測(cè)或純粹來自理論。

“我們將來自磁星 - 行星相互作用的恒星發(fā)射的增加與物理理論相結(jié)合，以計(jì)算四個(gè)熱木星的磁場強(qiáng)度，”主要作者Cauley說。

該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的磁場強(qiáng)度范圍從20到120?高斯。相比之下，木星的磁場強(qiáng)度為4.3高斯，地球的場強(qiáng)僅為半高斯，盡管這足以在全球范圍內(nèi)定位羅盤。

觸發(fā)活動(dòng)

天體物理學(xué)家在夏威夷和法國使用望遠(yuǎn)鏡獲取四個(gè)熱木星母星中離子化鈣(Ca II)發(fā)射的高分辨率觀測(cè)結(jié)果。發(fā)射來自恒星的熱的磁加熱色球?qū)?，在較冷的恒星表面上方有一層薄薄的氣體。觀察結(jié)果讓團(tuán)隊(duì)計(jì)算出恒星鈣排放中釋放的能量。

Shkolnik說：“我們使用功率估算來計(jì)算行星的磁場強(qiáng)度，使用行星的磁場如何與恒星磁場相互作用的理論。”

熱木星(紅點(diǎn))是類似于我們木星的大型行星，但它們靠近它們的恒星運(yùn)行。四個(gè)熱木星的磁場強(qiáng)度遠(yuǎn)大于地球，土星，天王星或海王星 - 甚至是木星本身。左側(cè)刻度以高斯顯示場強(qiáng)，底部刻度顯示天文單位中恒星的軌道距離; 地球繞太陽運(yùn)行1 AU。圖片來源：Wilson Cauley /科羅拉多大學(xué)

考利解釋說，“磁場似乎處于低能量狀態(tài)。如果像橡皮筋那樣扭曲或拉伸磁場，就會(huì)增加磁場中儲(chǔ)存的能量。” 熱木星的軌道非?？拷鼈兊哪负阈?，所以行星的磁場可以扭轉(zhuǎn)和拉伸恒星的磁場。

“當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，”考利說，“當(dāng)兩個(gè)場重新連接時(shí)，能量就會(huì)被釋放，這會(huì)加熱恒星的大氣層，增加鈣的排放。”

深入探討

天體物理學(xué)家懷疑，熱的木星會(huì)像我們自己的木星一樣，在它們內(nèi)部深處產(chǎn)生磁場。新的觀測(cè)結(jié)果首次探討了這些大質(zhì)量行星的內(nèi)部動(dòng)力學(xué)。

“這是基于觀測(cè)結(jié)果對(duì)這些行星的磁場強(qiáng)度的第一次估計(jì)，因此它是我們知識(shí)的巨大跳躍，”Shkolnik指出。“它讓我們更好地了解這些行星內(nèi)部正在發(fā)生的事情。”

她補(bǔ)充說，它還應(yīng)該幫助那些模擬熱木星內(nèi)部動(dòng)力學(xué)的研究人員。“我們對(duì)他們的磁場 - 或任何其他系外行星磁場一無所知 - 現(xiàn)在我們估計(jì)了四個(gè)實(shí)際系統(tǒng)。”

該模擬顯示了熱木星的磁場如何與其主星的磁場相互作用。新的研究發(fā)現(xiàn)這種相互作用得到了增強(qiáng)，因?yàn)橹辽儆兴膫€(gè)熱木星具有比以前想象的更大的計(jì)算磁場強(qiáng)度。圖片來源：Antoine Strugarek / CEA Saclay /UniversitédeMontréal

令人驚訝的強(qiáng)大

該團(tuán)隊(duì)表示，考慮到地球的自轉(zhuǎn)和年齡，這些領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)比人們預(yù)期的要大。行星磁場的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電機(jī)理論預(yù)測(cè)采樣行星的場強(qiáng)比團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的要小得多。

相反，觀測(cè)結(jié)果支持這樣的觀點(diǎn)，即行星磁場取決于通過行星內(nèi)部的熱量。因?yàn)樗鼈儚乃鼈兊暮阈俏樟舜罅款~外的能量，所以熱木星應(yīng)該具有比具有相似質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)速率的行星更大的磁場。

“我們很高興看到場值的大小與內(nèi)部熱通量理論所預(yù)測(cè)的相當(dāng)，”Shkolnik說。“這也可能有助于我們更清楚地了解溫帶巖石行星周圍的磁場。”