천문학자들은 우리 태양계 밖의 행성에서 자기장의 첫 징후를 감지했습니다

지구에서 태양까지 거리의 약 20분의 1에 해당하는 호스트 항성을 공전하는 외계행성 HAT-P-11b에 대한 아티스트의 인상. 크레딧: Dennis Bagram/University of Geneva

연구원들은 우리 태양계 밖의 행성을 둘러싼 자기장의 첫 번째 신호를 확인했습니다. 지구의 자기장은 태양풍으로 알려진 태양의 에너지 입자에 대한 보호막 역할을 합니다. 자기장은 다른 행성에서도 비슷한 역할을 할 수 있습니다.

천문학자들로 구성된 국제 팀은 다음의 데이터를 사용했습니다. 허블 우주 망원경 우리 태양계 밖의 행성에서 자기장의 서명을 발견하기 위해. 저널의 연구 논문에 기술된 결과 자연 천문학파일에서 이러한 기능을 본 것은 처음입니다. 외계 행성.

자기장은 행성을 둘러싸고 긴 꼬리로 행성에서 멀어지는 하전된 탄소 입자의 확장된 영역에 대한 관찰을 가장 잘 설명합니다. 자기장은 행성의 대기를 보호하는 데 중요한 역할을 하므로 외계 행성의 자기장을 감지하는 것은 이 외계 세계가 어떻게 생겼는지 더 잘 이해하기 위한 중요한 단계입니다.

연구팀은 허블을 이용해 외계행성 HAT-P-11b를 관측했다. 해왕성지구에서 123광년 떨어진 이 행성은 “통과”로 알려진 과정에서 호스트 항성의 면을 직접 가로질러 6번 지나간다. 관찰은 인간의 눈으로 볼 수 있는 범위를 넘어서는 자외선 스펙트럼에서 이루어졌습니다.

허블은 자기장과 상호 작용하는 하전 입자인 탄소 이온을 자기권으로 알려진 행성을 둘러싸고 있음을 발견했습니다. 자기권은 천체(지구와 같은) 주위의 영역으로, 천체와 호스트 항성에서 나오는 태양풍의 상호 작용에 의해 형성됩니다.

HAT-P-11b 외행성을 둘러싸고 긴 꼬리로 흘러가는 하전된 탄소 입자의 확장된 영역에 대한 허블의 관측은 우리 태양계 밖의 행성에서 최초로 발견된 자기장으로 가장 잘 설명될 수 있습니다. 행성은 중심 근처에 작은 원으로 표시됩니다. 탄소 이온은 광대한 영역을 채웁니다. 최대 범위로 표시되지 않은 자기 꼬리에서 이온은 시속 약 100,000마일의 평균 관찰 속도로 탈출합니다. 1AU는 지구와 태양 사이의 거리와 같습니다. 크레딧: Lotfi Bengavel / 천체 물리학 연구소, 파리

이번 연구의 공동 저자이자 애리조나 대학의 달 및 행성 연구소 부교수인 길다 팔리스터(Gilda Pallister)는 “외계행성의 자기장 신호가 우리 태양계 외부의 행성에서 직접 감지된 것은 이번이 처음”이라고 말했다. 종이. 작가. “지구와 같은 행성의 강한 자기장은 태양풍을 구성하는 에너지 입자의 직접적인 충격으로부터 대기와 표면을 보호할 수 있습니다. 자기장이 생명체를 보호하기 때문에 이러한 과정은 지구와 같은 행성에서 생명체의 발달에 큰 영향을 미칩니다. 이 에너지 입자들로부터.”

HAT-P-11b의 자기권 발견은 외계행성의 거주 가능성을 더 잘 이해하기 위한 중요한 단계입니다. 연구원들에 따르면 우리 태양계의 모든 행성과 위성이 자체 자기장을 가지고 있는 것은 아니며 자기장과 행성의 거주 가능성 사이의 연결은 여전히 ​​더 많은 연구가 필요합니다.

Pallister는 “HAT-P-11 b는 허블의 자외선 투과 관측이 행성 주위로 뻗어 있는 이온 성분과 긴 꼬리의 비산 이온으로 보이는 자기권을 밝혀냈기 때문에 매우 흥미로운 표적임이 입증되었습니다.”라고 덧붙였습니다. 다양한 외계행성에서 자기권을 탐지하고 잠재적인 거주 가능성에서 자기권의 역할을 평가하는 일반적인 방법입니다.

HAT-P-11b를 관찰한 허블 우주 망원경 프로그램 중 하나의 수석 연구원인 Pallister는 자외선 연구를 위해 이 특정 표적을 선택하는 데 기여했습니다. 주요 발견은 행성 주변 지역뿐만 아니라 평균 시속 100,000마일의 속도로 행성에서 멀어지는 긴 꼬리에서도 탄소 이온을 관찰한 것입니다. 꼬리는 지구와 태양 사이의 거리인 최소한 하나의 천문학적 단위를 위한 공간에 도달했습니다.

논문의 첫 번째 저자인 파리 천체 물리학 연구소의 Lotfi Bengavel이 이끄는 연구원들은 3D 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 유입되는 태양풍과 함께 행성의 대기 상층부와 자기장 사이의 상호 작용을 모델링했습니다.

“시속 900,000마일로 이동하는 하전 입자로 구성된 영향을 미치는 태양풍과 지구의 자기장과 인접한 공간 환경의 상호 작용과 마찬가지로 HAT-P-11b의 자기장과 인접한 공간 사이에는 상호 작용이 있습니다. 별에서 오는 태양풍이 있는 환경입니다.”라고 Ballster는 설명했습니다. 주최자님, 이것들은 매우 복잡합니다.

지구 자기권의 물리학과 HAT-P-11b는 동일합니다. 그러나 외계행성이 별에 가까이 있으면(지구에서 태양까지의 거리의 1/20에 불과) 상층 대기가 따뜻해지고 본질적으로 우주에서 “끓어” 자기 꼬리가 형성됩니다.

연구원들은 또한 HAT-P-11b의 대기 중 금속성(수소와 헬륨보다 무거운 물체의 화학 원소 수)이 예상보다 낮다는 것을 발견했습니다. 우리 태양계에서 얼음 가스 행성인 해왕성과 천왕성, 미네랄이 풍부하지만 자기장은 약하지만 훨씬 더 큰 기체 행성, 목성 그리고 토성금속이 적고 자기장이 강합니다. 저자들은 HAT-P-11b의 낮은 대기 금속이 현재의 외계행성 형성 모델에 도전한다고 말합니다.

Pallister는 “HAT-P-11b가 목성의 질량의 8%에 불과하지만 우리는 외계행성이 해왕성보다 작은 목성처럼 보인다고 생각합니다”라고 말했습니다. “HAT-P-11b에서 볼 수 있는 대기 구성은 일부 외계행성이 일반적으로 어떻게 형성되는지에 대한 현재 이론을 개선하기 위해 더 많은 작업이 필요함을 시사합니다.”

참조: Lutfi Ben Javel, Gilda E. Palestre, Antonio García Muñoz, Panagiotis Lavas, David K. Singh, George Sanz-Forkada, Ofer Cohen, Tiffany Kataria, Gregory W. Henry, Lars Buchhav, Thomas Michal Evans, Hannah R. Wakeford 및 Mercedes Lopez Morales, 2021년 12월 16일, 여기에서 볼 수 있습니다. 자연 천문학.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01505-x

허블 우주 망원경은 국제 협력 프로젝트입니다. 나사 그리고 유럽 우주국. 관찰은 다음 프로그램을 통해 이루어졌습니다. HAT-P-11b 전용 Small HST 프로그램 #14625(Principal Investigator Gilda E. Ballester) 및 PanCET라는 이름의 재무 HST 프로그램 #14767: Exoplanet 비교 Panchromatic Treasury Program(Principal Investigators David K. Singh 메르세데스 로페즈 모랄레스).

12월 16일자 “해왕성 크기의 외계행성의 강한 자기와 나쁜 금속 대기의 서명”이라는 논문이 발표되었습니다. 자연 천문학. Ballester와 Ben-Jaffel 외에도 Antonio García Muñoz, Panagiotis Lavas, David K. 웨이크포드, 메르세데스 로페즈 모랄레스.