اولین میدان مغناطیسی سیاره فراخورشیدی شناخته شده

یک تیم بین‌المللی از ستاره شناسان میدان مغناطیسی را در سیاره فراخورشیدی HAT-P-11b، جهانی به اندازه نپتون در فاصله 123 سال نوری از ما کشف کرده‌اند. این اولین کشف میدان مغناطیسی در سیاره‌ای خارج از منظومه شمسی است.

مفهوم هنری از میدان مغناطیسی اطراف سیاره فراخورشیدی HAT-P-11b. این اولین سیاره‌ای است که در بین سیارات فراخورشیدی شناخته شده است. این جهان تقریباً به اندازه نپتون است، اما به دور ستاره خود 20 برابر نزدیکتر از زمین به دور خورشید می‌چرخد. تصویر از دنیس باجرام/ دانشگاه ژنو/ دانشگاه آریزونا.

بیشتر سیارات منظومه شمسی ما، از جمله زمین، دارای میدان مغناطیسی در اطراف خود هستند. اکنون، برای اولین بار، ستاره‌شناسان می‌گویند که یک میدان مغناطیسی برای یک سیاره فراخورشیدی کشف کرده‌اند، دنیایی که به دور یک ستاره دور می‌چرخد. این سیاره تقریباً به اندازه نپتون است و 123 سال نوری از زمین فاصله دارد. تیم بین‌المللی ستاره‌شناسان یافته خود را در اواخر دسامبر 2021 اعلام کردند. دانشمندان گفتند که آنها این کشف را با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل انجام دادند.

اولین میدان مغناطیسی سیاره فراخورشیدی شناخته شده

شواهد وجود میدان مغناطیسی در مشاهدات هابل HAT-P-11b یافت شد. هابل این سیاره را هنگام عبور از مقابل ستاره خود دید. به طور کلی، شش گذر، در طیف نور فرابنفش، نوعی تابش الکترومغناطیسی مشاهده شد که بخشی از طیفی است که چشم انسان قادر به دیدن آن نیست.

گیلدا بالستر در آزمایشگاه قمری و سیاره‌ای دانشگاه آریزونا و یکی از نویسندگان همکار مقاله، اظهار داشت:

این اولین بار است که امضای میدان مغناطیسی یک سیاره فراخورشیدی به طور مستقیم در سیاره‌ای خارج از منظومه شمسی ما شناسایی می‌شود. یک میدان مغناطیسی قوی در سیاره‌ای مانند زمین می‌تواند از جو و سطح آن در برابر بمباران مستقیم ذرات پر انرژی محافظت کند که باد خورشیدی را تشکیل می‌دهند. این فرآیندها به شدت بر تکامل حیات در سیاره‌ای مانند زمین تأثیر می‌گذارد زیرا میدان مغناطیسی موجودات زنده را از این ذرات پر انرژی محافظت می‌کند.

ناحیه روشن اطراف نقطه کوچکی که سپس توسط یک ناحیه تیره‌تر، با حاشیه‌نویسی متن احاطه شده است. سمت چپ نشان دهنده باد ستاره‌ای ورودی و سمت راست دم مغناطیسی است که توسط باد منشا گرفته است.

این نمودار ناحیه گسترده‌ای از ذرات کربن باردار به نام یون‌های کربن را نشان می‌دهد که سیاره فراخورشیدی HAT-P-11b را احاطه کرده‌اند. آنها در یک دم مغناطیسی بلند از سیاره به سمت راست حرکت می‌کنند. تصویر از لطفی بن جافل/ موسسه اخترفیزیک، پاریس/ دانشگاه آریزونا.

یون‌های کربن به یک مگنتوسفر اشاره می‌کنند

هابل چگونه میدان مغناطیسی را تشخیص داد؟ هابل این کار را با شناسایی یون‌های کربن در اطراف سیاره انجام داد. اینها ذرات باردار هستند که با میدان‌های مغناطیسی تعامل دارند. آنها چیزی را تشکیل می‌دهند که به آن مگنتوسفر در اطراف سیاره می‌گویند. مگنتوسفر از برهم کنش سیاره (یا جسم دیگر) با باد خورشیدی ساطع شده توسط ستاره میزبان ایجاد می‌شود. وجود مگنتوسفر نشان می‌دهد که سیاره باید میدان مغناطیسی داشته باشد. بالستر افزود:

HAT-P-11 b ثابت کرده است که یک هدف بسیار هیجان‌انگیز است، زیرا مشاهدات گذر UV هابل یک مگنتوسفر را نشان داده است که هم به عنوان یک جزء یونی گسترش یافته در اطراف سیاره و هم به عنوان دنباله بلند یون‌های فراری دیده می‌شود.

یون‌های کربن نه تنها در اطراف سیاره، بلکه در یک “دم” بلند – به نام دم مغناطیسی – که از سیاره دور می‌شود، یافت شد. این پدیده یادآور دم یک دنباله‌دار است. سرعت متوسط ​​این ذرات 100000 مایل در ساعت (160900 کیلومتر در ساعت) است. خود دم نیز بسیار طولانی است، تقریباً یک واحد نجومی (AU) یا فاصله بین زمین و خورشید. زمین نیز دم مغناطیسی خاص خود را دارد.

گیلدا بالستر در آزمایشگاه قمری و سیاره‌ای دانشگاه آریزونا یکی از نویسندگان مقاله در مورد کشف میدان مغناطیسی است. تصویر از دانشگاه آریزونا/ آزمایشگاه قمری و سیاره‌ای.

شبیه‌سازی‌های کامپیوتری سه بعدی

به منظور کسب اطلاعات بیشتر در مورد میدان مغناطیسی سیاره، محققان از شبیه سازی‌های کامپیوتری سه بعدی استفاده کردند. نویسنده اول مقاله، لطفی بن جافل در موسسه اخترفیزیک در پاریس، از آنها برای مدل‌سازی برهمکنش‌های بین بالاترین جو و میدان مغناطیسی سیاره با باد خورشیدی ورودی استفاده کرد. بالستر گفت:

درست مانند میدان مغناطیسی زمین و محیط فضایی آن با باد خورشیدی برخوردی که متشکل از ذرات باردار است که با سرعتی در حدود 900000 مایل در ساعت (1450000 کیلومتر در ساعت) حرکت می‌کنند، برهمکنش‌هایی بین میدان مغناطیسی HAT-P-11b و محیط فضایی فوری آن با باد وجود دارد.

شبیه زمین اما متفاوت

از نظر فیزیک، مگنتوسفرهای HAT-P-11b و زمین تقریباً یکسان هستند. با این حال، HAT-P-11b مانند زمین نیست. این ستاره که در سال 2008 کشف شد، تقریباً به اندازه نپتون است و به دور ستاره خود بسیار نزدیکتر از زمین به خورشید می‌چرخد. در واقع، این سیاره بیست برابر نزدیک‌تر به ستاره‌اش قرار دارد و تنها در 4.9 روز یک مدار را کامل می‌کند. این امر به این معنی است که طبیعتاً بسیار گرمتر است و جو بالایی آن اساساً در فضا می‌جوشد. این همان چیزی است که دم مغناطیسی بلند را ایجاد می‌کند.

همچنین از جهاتی این سیاره بیشتر به مشتری شباهت دارد تا نپتون. جو آن مانند اتمسفر مشتری و زحل فلزی کمی دارد. از سوی دیگر، نپتون و اورانوس دارای اتمسفر فلزی بالا اما میدان مغناطیسی ضعیف هستند. این امر باعث می‌شود HAT-P-11b بیشتر شبیه یک مینی مشتری باشد تا یک مینی‌نپتون. فلزی بودن عبارت است از فراوانی عناصر موجود در یک جسم که از هیدروژن و هلیوم سنگین‌تر هستند.

میدان مغناطیسی زمین به محافظت از زندگی در برابر تشعشعات مرگبار خورشید کمک می‌کند. میدان مغناطیسی از داخل زمین به فضا گسترش می‌یابد و سیاره ما را مانند یک میدان نیروی نامرئی احاطه می‌کند. تصویر از  مرکز پرواز فضایی گوددارد ناسا

همانطور که بالستر توضیح داد:

اگرچه جرم HAT-P-11b تنها 8 درصد جرم مشتری است، ما فکر می‌کنیم این سیاره فراخورشیدی بیشتر شبیه یک مینی‌مشتری است تا یک نپتون. ترکیب اتمسفری که در HAT-P-11b می‌بینیم نشان می‌دهد که کار بیشتری باید انجام شود تا نظریه‌های کنونی در مورد چگونگی تشکیل سیارات فراخورشیدی به طور کلی انجام شود.

سرنخ‌هایی در مورد سکونت‌پذیری سیاره‌ها

در حالی که HAT-P-11b بسیار ناشناخته است و احتمالاً غیرقابل سکونت است، مگنتوسفر و میدان مغناطیسی آن همچنان می‌تواند سرنخ‌های مهمی در مورد قابلیت سکونت سیارات فراخورشیدی ارائه دهد. این امر به ویژه صادق است زیرا میدان مغناطیسی زمین است که از حیات در برابر تشعشعات مرگبار خورشیدی محافظت می‌کند که از خورشید می‌آید.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

The 1st known exoplanet magnetic field

Posted by Paul Scott Anderson January 5, 2022

https://earthsky.org/space/the-1st-known-exoplanet-magnetic-field/