Ξετυλίγοντας τον πλανητικό μαγνητισμό:Οι εξωπλανήτες προσφέρουν στοιχεία για μυστήρια του ηλιακού συστήματος
Νέες παρατηρήσεις ενός μακρινού βραχώδους κόσμου που μπορεί να έχει το δικό του μαγνητικό πεδίο θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους αστρονόμους να κατανοήσουν τα φαινομενικά τυχαία μαγνητικά πεδία που τυλίγουν τους πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος.
Ο Γαλαξίας είναι γεμάτος εξωγήινους κόσμους που μπορεί να δημιουργήσουν τα δικά τους μαγνητικά πεδία—οι αστρονόμοι πρέπει απλώς να τα βρουν.
Allison Li/Quanta Magazine
Εισαγωγή
Για δεκαετίες, οι αστρονόμοι έχουν μπερδευτεί από τα πλανητικά μαγνητικά πεδία. Στο δικό μας ηλιακό σύστημα, δεν υπάρχει κανόνας που να εξηγεί ποιοι κόσμοι δημιουργούν αυτά τα μαγνητικά περιβλήματα:η Γη, για παράδειγμα, έχει ένα, αλλά ο αδελφός της κόσμος — Αφροδίτη — δεν έχει.
Οι αστρονόμοι υποπτεύονται ότι ένας από τους καλύτερους τρόπους για να κατανοήσουμε τα μυστήρια του μαγνητισμού μπορεί να είναι η μελέτη κόσμων που περιστρέφονται γύρω από άλλους ήλιους. Συλλέγοντας μια απογραφή μαγνητικών πεδίων εξωπλανητών, οι ερευνητές θα μπορούσαν να προσδιορίσουν εάν είναι κοινά χαρακτηριστικά άλλων κόσμων. Κάνοντας αυτό θα βοηθούσε να βάλουμε το ηλιακό μας σύστημα σε ένα πλαίσιο και να λύσουμε κάποιες συνεχείς περιέργειες, είπε η Mary Knapp, μια αστρονόμος που μελετά εξωπλανήτες στο Παρατηρητήριο Haystack του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης.
"Η Γη εναντίον της Αφροδίτης είναι ένα καλό παράδειγμα - δύο πλανήτες που είναι παρόμοιοι σε μέγεθος, αρκετά παρόμοιοι στη σύνθεση, αλλά πολύ διαφορετικοί ως προς τα μαγνητικά πεδία", είπε ο Knapp.
Ήταν μια πρόκληση να δημιουργηθεί μια τέτοια απογραφή - και ακόμη και να βρεθούν μαγνητικά πεδία εξωπλανητών - επειδή αυτά τα πεδία είναι αμυδρά και δύσκολο να εντοπιστούν. Αλλά τον Απρίλιο, δύο ανεξάρτητες ομάδες βρήκαν αυτό που φαίνεται να είναι η υπογραφή ενός μαγνητικού πεδίου που παράγεται από έναν βραχώδη πλανήτη που περιστρέφεται γύρω από ένα μικρό, αμυδρό κόκκινο νάνο αστέρι περίπου 12 έτη φωτός μακριά. Ο πλανήτης, που ονομάζεται YZ Ceti b, είναι ελαφρώς μικρότερος από τη Γη και πιθανότατα πολύ ζεστός για ζωή όπως τον ξέρουμε. Ωστόσο, η εύρεση ενός μαγνητικού πεδίου σε έναν βραχώδη κόσμο θα μπορούσε να μας πει περισσότερα για το πώς σχηματίζονται τα μαγνητικά πεδία και πώς επηρεάζουν την εξέλιξη ενός πλανήτη — ακόμη και την καταλληλότητά του για ζωή.
«Γνωρίζουμε από το ηλιακό μας σύστημα ότι τα μαγνητικά πεδία διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στον τρόπο με τον οποίο ένας πλανήτης χάνει ή διατηρεί την ατμόσφαιρά του με την πάροδο του χρόνου», δήλωσε η Jackie Villadsen, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο Bucknell και μέλος μιας από τις ομάδες. "Προσπαθούμε να απαντήσουμε στην ερώτηση:Πόσο συχνά είναι τα ισχυρά παγκόσμια μαγνητικά πεδία σε πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη;"
Ραδιοφωνικά σήματα
Στο ηλιακό μας σύστημα, η Γη και οι τέσσερις γιγάντιοι πλανήτες - ο Δίας, ο Κρόνος, ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας - έχουν σημαντικά μαγνητικά πεδία. Ο Ερμής έχει μόνο ένα αχνό πεδίο και ο Άρης πιθανότατα είχε ένα πιο ισχυρό πεδίο στο παρελθόν, το οποίο έχασε για λόγους που δεν είναι πλήρως κατανοητοί.
Τα πλανητικά μαγνητικά πεδία δημιουργούνται από μια μηχανή που ονομάζεται δυναμό, η οποία είναι κατασκευασμένη από λιωμένο μέταλλο που αναδεύεται στον πυρήνα ενός πλανήτη. Αυτή η ανάδευση παράγει ηλεκτρικά ρεύματα που οδηγούν ένα μαγνητικό πεδίο. Στη Γη και στους τέσσερις γίγαντες αερίου, αυτή η διαδικασία είναι αρκετά ισχυρή για να σχηματίσει ένα προστατευτικό κουκούλι γύρω από τον πλανήτη, εκτρέποντας φορτισμένα σωματίδια που διαφορετικά θα έδιωχναν την ατμόσφαιρα των πλανητών.
Merrill Sherman/Quanta Magazine
«Τα μαγνητικά πεδία λειτουργούν σαν ασπίδα από την ακτινοβολία», δήλωσε ο Ayan Biswas, αστρονόμος στο Queen's University στον Καναδά. "Είναι πολύ σημαντικά για τη ζωή."
Οι επιστήμονες υποψιάζονται ότι πολλοί από τους 5.000 γνωστούς εξωπλανήτες έχουν μαγνητικά πεδία, αλλά η ανίχνευσή τους είναι διαφορετική υπόθεση. Στη δεκαετία του 1970, οι αστρονόμοι υπέθεσαν ότι όταν ένα πλανητικό μαγνητικό πεδίο αλληλεπιδρά με τον ξενιστή αστέρα του πλανήτη, θα μπορούσε να προκαλέσει μια παρατηρήσιμη ακίδα στα ραδιοκύματα χαμηλής συχνότητας που εκπέμπονται από το αστέρι, γνωστές ως εκπομπές σέλας. Ο χρονισμός αυτών των αιχμών, όπως φαίνεται από τη Γη, θα εξαρτηθεί από τη θέση ενός πλανήτη στην τροχιακή του διαδρομή - είναι σαν ένα περιοδικό δακτυλικό αποτύπωμα που αποκαλύπτει έμμεσα την παρουσία του πλανήτη.
Ακόμη και πριν από την πρώτη ανακάλυψη εξωπλανητών το 1992, «οι άνθρωποι πίστευαν ότι αυτός θα ήταν ένας πολύ καλός τρόπος για να ψάξουν για εξωπλανήτες», είπε ο Τζέικ Τέρνερ, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο Κορνέλ.
Η τεχνική αποδείχθηκε δύσκολη. Προηγουμένως δεν έχουν γίνει σιδερένιες ανιχνεύσεις εξωπλανητών μαγνητικών πεδίων, αλλά υπήρξαν πολλά υποσχόμενοι υποψήφιοι.
Ο Evgenya Shkolnik, αστροφυσικός στο κρατικό πανεπιστήμιο της Αριζόνα, και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν ατμοσφαιρικά δεδομένα από τέσσερις θερμούς Δία - γιγάντιους πλανήτες σε τροχιά κοντά στα άστρα τους - για να πάρουν μια υπόδειξη μαγνητικών πεδίων το 2019. Το 2021, μια ομάδα με επικεφαλής τον Turner χρησιμοποίησε τη Συστοιχία Χαμηλής Συχνότητας (LOFAR) για να ανιχνεύσει τηλεσκόπιο ραδιοφωνικής σήμανσης πλανήτη Nether πεδίο στο σύστημα Tau Boötes, 51 έτη φωτός από τη Γη. Και αργότερα, το 2021, ο Lotfi Ben-Jaffel στο Ινστιτούτο Αστροφυσικής του Παρισιού και οι συνεργάτες του εντόπισαν υπεριώδεις εκπομπές από έναν πλανήτη που μοιάζει με τον Ποσειδώνα που ονομάζεται HAT-P-11 b, 123 έτη φωτός από τη Γη, που υποδηλώνουν τη μαγνητόσφαιρα του πλανήτη.
Αλλά καμία από τις ανιχνεύσεις δεν ήταν οριστική — και καμία από βραχώδεις πλανήτες.
Η Jackie Villadsen, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο Bucknell, μελετά μαγνητικά πεδία σε βραχώδεις εξωπλανήτες.
Από την Emily Paine/Bucknell University
Τηλέφωνο αρχικής σελίδας
Το 2017, οι αστρονόμοι βρήκαν ακριβώς το σύστημα που χρειάζονταν για τον τύπο της έμμεσης παρατήρησης που είχαν υποθέσει για σχεδόν 50 χρόνια. Τρεις βραχώδεις πλανήτες περιφέρθηκαν γύρω από τον κόκκινο νάνο YZ Ceti, σε απόσταση αναπνοής από την κοσμική πέτρα. Η εγγύτητα του συστήματος με τους δικούς μας κάνει τους πλανήτες του βολικούς στόχους — ειδικά τον YZ Ceti b, τον πιο εσωτερικό πλανήτη. Επιπλέον, οι κόκκινοι νάνοι έχουν συνήθως ισχυρότερα μαγνητικά πεδία από αστέρια όπως ο ήλιος μας, γεγονός που καθιστά ευκολότερο τον εντοπισμό του δακτυλικού αποτυπώματος του μαγνητικού πεδίου ενός πλανήτη σε τροχιά. "Αυτό ήταν ένα από τα πρώτα συστήματα που ανακαλύφθηκαν και πληροί αυτά τα κριτήρια", είπε ο Villadsen.
Τώρα δύο ομάδες βρήκαν στοιχεία για ένα μαγνητικό πεδίο που δημιουργήθηκε από τον YZ Ceti b. Και οι δύο ομάδες εντόπισαν περιοδικές εκρήξεις ραδιοκυμάτων που φαινόταν να συμβαίνουν όταν το YZ Ceti b έφτασε σε παρόμοιο σημείο στη διήμερη τροχιά του γύρω από το αστέρι. Μία από τις ομάδες - η Villadsen's - εντόπισε το ενδεικτικό ραδιοφωνικό αποτύπωμα χρησιμοποιώντας την Very Large Array στο Νέο Μεξικό. «Δουλέψαμε ότι ο πλανήτης θα χρειαζόταν μια ισχύ μαγνητικού πεδίου παρόμοια με αυτή της Γης για να προκαλέσει αυτή τη φωτεινότητα των ραδιοκυμάτων», είπε ο Villadsen.
Η άλλη ομάδα, η οποία περιλαμβάνει τον Biswas, δημοσίευσε τα αποτελέσματά της λίγο αργότερα. Αυτή η ομάδα έκανε παρόμοιες παρατηρήσεις περιοδικών αιχμών ραδιοφώνου χρησιμοποιώντας το ραδιοτηλεσκόπιο Giant Metrewave στην Ινδία. "Είμαστε 99% σίγουροι [το σήμα] έρχεται από τον πλανήτη", είπε ο Biswas.
Ο Ayan Biswas και οι συνεργάτες του εντόπισαν το δακτυλικό αποτύπωμα ενός μαγνητικού πεδίου που προέρχεται από τον εξωπλανήτη YZ Ceti b.
Ευγενική προσφορά του Ayan Biswas
Τα αποτελέσματα είναι ελπιδοφόρα, είπε ο Σκόλνικ, ο οποίος δεν συμμετείχε σε καμία από τις δύο μελέτες. «Δεν θα το θεωρούσα ακόμη επιβεβαίωση, αλλά είναι πολύ ενδεικτικό», είπε. Μια πιο οριστική ανίχνευση θα απαιτούσε περισσότερες παρατηρήσεις του αστεριού και των περιοδικών αιχμών ραδιοφώνου. Αυτή και άλλοι ελπίζουν ότι μπορούν να γίνουν παρόμοιες παρατηρήσεις για το σύστημα TRAPPIST-1 των επτά κόσμων μεγέθους Γης που περιστρέφονται γύρω από έναν κόκκινο νάνο 40 έτη φωτός από τη Γη, ή ακόμα και για τον κόκκινο νάνο Proxima Centauri, το πλησιέστερο αστέρι στη Γη στα 4,25 έτη φωτός, που φιλοξενεί έναν (πιθανό
) βραχώδη πλανήτη.Στο φεγγάρι
Η εύρεση εξωπλανητών μαγνητικών πεδίων είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση του πόσο διαδεδομένα είναι και πώς οι πλανήτες δημιουργούν μαγνητισμό. «Δεν έχουμε πραγματικά εκπληκτική κατανόηση του πώς δημιουργούνται αυτά τα πράγματα στους πλανήτες», δήλωσε ο Robert Kavanagh, αστρονόμος στο Ολλανδικό Ινστιτούτο Ραδιοαστρονομίας.
Στο ηλιακό μας σύστημα, ένα δυναμό φαίνεται να είναι το κλειδί. Αλλά ένα δυναμό μπορεί να μην είναι ο μόνος τρόπος για να δημιουργηθεί ένα πλανητικό μαγνητικό πεδίο, ειδικά σε «υπερ-Γη» - κόσμους που βρίσκονται μεταξύ Γης και Ποσειδώνα σε μάζα - που είναι από τους πιο συνηθισμένους τύπους εξωπλανητών που έχουν εντοπιστεί μέχρι στιγμής. Ο Miki Nakajima, πλανητικός επιστήμονας στο Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ, διερευνά εάν οι διακυμάνσεις της θερμότητας μέσα σε έναν πλανήτη θα μπορούσαν να κάνουν τη δουλειά μέσα σε κόσμους που έχουν λιωμένο εσωτερικό αλλά στερούνται στερεού πυρήνα. «Με ενδιαφέρει αν ένας ωκεανός μάγματος μπορεί να παράγει μαγνητικό πεδίο», είπε, σημειώνοντας ότι «οι ωκεανοί μάγματος θα πρέπει να είναι αρκετά συνηθισμένοι στις υπερ-Γαίες».
Ωστόσο, οι αστρονόμοι λένε ότι χρειάζονται νέες τεχνικές για να μετατρέψουν την αναζήτηση από εφάπαξ ανιχνεύσεις στον τύπο απογραφής που ελπίζουν.
Μια ιδέα που εργάζεται ο Knapp, που ονομάζεται GO-LoW, θα χρησιμοποιούσε έναν στόλο χιλιάδων μικρών διαστημικών σκαφών για να μελετήσει τα ραδιοκύματα από εξωπλανήτες. Μια άλλη ιδέα είναι το FARSIDE, μια προτεινόμενη συστοιχία ραδιοφώνου από τη NASA που θα τοποθετηθεί στην μακρινή πλευρά του φεγγαριού, χωρίς ραδιοπαρεμβολές από τη Γη. Εάν κάποιο από αυτά τα έργα πραγματοποιηθεί, οι αστρονόμοι μπορεί να λύσουν αυτά τα μόνιμα μυστήρια — ή να αποκαλύψουν έναν ακόμη πιο αινιγματικό θησαυρό από απόκοσμες απολαύσεις.
«Θα βρούμε Γη με πεδία στο μέγεθος του Δία ή Δία με πεδία μεγέθους Γης;» είπε ο Knapp. "Δεν ξέρω, αλλά θα ήθελα πολύ να μάθω."
Διόρθωση: 8 Αυγούστου 2023.
Η συνεργασία του Robert Kavanagh έχει ενημερωθεί.
Το ενημερωτικό δελτίο Quanta
Λάβετε highlights από τις πιο σημαντικές ειδήσεις που παραδίδονται στα εισερχόμενά σας στο email σας
Επίσης στο ιστολόγιο Abstractions
Σχόλιο σε αυτό το άρθρο
Επόμενο άρθρο
Εγωιστικό DNA που μοιάζει με ιούς μπορεί να φέρει γονίδια μεταξύ των ειδών
