天文學家最新研究表明，圍繞其他恒星運行的氣態(tài)巨行星具有強大磁場，比太陽系木星的磁場強很多倍，這是第一次通過觀測計算出這些磁場的強度。這個團隊由科羅拉多大學的Wilson Cauley領(lǐng)導，還包括亞利桑那州立大學地球和空間探索學院的副教授Evgenya Shkolnik。

其他研究人員是北亞利桑那大學的Joe Llama和意大利卡塔尼亞天體物理觀測站的Antonino Lanza。其研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在2019年7月22日的《自然天文學》上。

研究是第一次使用觀測到的信號來推導系外行星磁場強度，這些信號似乎來自恒星磁場和這顆緊密軌道行星之間的相互作用。自1988年以來，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了3000多個系外行星系統(tǒng)，其中包含4000多顆行星。許多這樣的恒星系統(tǒng)包括天文學家所稱的“熱木星”。這些都是巨大的氣態(tài)行星，被認為與太陽系的木星相似，但圍繞它們恒星運行的距離很近，通常大約是恒星直徑的5倍，或者大約是月球到地球距離的20倍。

這樣的行星在其恒星磁場中運行良好，行星磁場和恒星磁場之間的相互作用可以持續(xù)且強烈。之前的研究已經(jīng)對系外行星磁場“設(shè)置”了上限，例如從無線電觀測或純粹從理論推導而來。將測量到的磁星與行星相互作用產(chǎn)生恒星輻射增加的數(shù)據(jù)與物理學理論結(jié)合起來，計算出了四顆熱木星的磁場強度。研究小組發(fā)現(xiàn)磁場強度范圍從20到120高斯。相比之下，木星磁場是4.3高斯，而地球的磁場強度只有半個高斯，盡管這個強度足以讓指南針在世界范圍內(nèi)定向。

觸發(fā)機制

天文學家們利用夏威夷和法國的天文望遠鏡，對這四顆熱木星母恒星中電離鈣(Ca II)的發(fā)射進行了高分辨率觀測。這種輻射來自恒星熾熱的色球?qū)?，色球?qū)邮呛阈潜砻孑^冷的一層薄氣體。這些觀測結(jié)果讓研究小組計算出恒星釋放出的鈣有多少能量。研究使用能量估算來計算行星的磁場強度，使用的理論是行星磁場如何與恒星磁場相互作用。

磁場“喜歡”處于低能量狀態(tài)，如果橡皮筋一樣扭曲或拉伸磁場，就會增加磁場中儲存的能量，熱木星的軌道非常接近母恒星，因此行星的磁場可以扭曲和拉伸恒星的磁場。當這種情況發(fā)生時，能量可以在兩個磁場重新連接時釋放出來，這就加熱了恒星的大氣層，增加了鈣的釋放。天體物理學家曾懷疑，熱木星會像太陽系的木星一樣，在其內(nèi)部深處產(chǎn)生磁場，新觀測結(jié)果提供了對這些巨大行星內(nèi)部動力學的第一個探測器。

探測深度

該研究這是第一次基于觀測對這些行星磁場強度的估計，因此這是我們知識的一個巨大飛躍，這讓我們對這些行星內(nèi)部情況有了更好的了解。這也應該有助于研究人員模擬熱木星內(nèi)部的發(fā)電機，我們對熱木星的磁場一無所知，也不知道其他系外行星的磁場，現(xiàn)在估計有四個熱木星的實際系統(tǒng)?？紤]到行星的自轉(zhuǎn)和年齡，磁場強度比人們想象的要大。

行星磁場標準發(fā)電機理論預測了取樣行星的磁場強度，這些行星的磁場強度比研究小組發(fā)現(xiàn)的要小得多。相反，觀測結(jié)果支持了行星磁場依賴于通過行星內(nèi)部熱量的觀點。由于熱木星從主恒星吸收了大量額外的能量，所以磁場應該比質(zhì)量和自轉(zhuǎn)速度相似的行星更大。磁場值的大小與熱力學熱流理論的預測相符，這也可能幫助我們更清楚地了解溫帶巖石行星周圍的磁場。

博科園｜研究/來自：亞利桑那州立大學

參考期刊《自然天文學》

DOI: 10.1038/s41550-019-0840-x

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