從系外行星檢測到無線電輻射

2020-12-24 黑技公社

隱形發光

在宇宙中尋找行星非常困難。儘管有這樣的事實,我還是要這樣說:地球上空的兩顆行星明天將對齊,形成數百年來最明亮的物體之一。但是,儘管肉眼總是可以看到燦爛的木星和土星,但直到1846年,海王星才被直接觀測到,儘管它們位於我們自己的太陽系中。直到海王星出現150年後,我們才開始在太陽系外發現行星。像海王星一樣,我們通過可見光找到它們(儘管是間接地)。但是,一個國際研究人員團隊可能剛剛通過行星極光產生的無線電輻射首次探測到系外行星。#太陽系#

天然氣巨星「熱木星」 TauBotisAb的模擬,其母星繞水星繞太陽公轉的距離是軌道的七分之一。它的大氣層和它的恆星的日冕可能彼此接觸。

在康奈爾大學博士後研究員Jake D. Turner,巴黎天文臺的Philippe Zakara和Universitéd'Orléans的Jean-Mathias Greissmeier的帶領下,該團隊發表了一篇關於天文學與天體物理學的理論文章,該論文基於對繫膜外膜的理論檢測。使用基於荷蘭的LOFAR(低頻陣列)低頻段天線,從三個太陽系(55 Cancri,Upsilon Andromedae和TauBotis)捕獲了無線電發射數據。這些系統中的每一個都包含已知的系外行星。

這項研究不是要發現新的系外行星,但測試這些系統中的已知行星是否可以通過尋找無線電信號來探測到。行星發出的無線電信號是由其磁場與從其母恆星輻射的等離子或「太陽風」之間的相互作用產生的。當來自恆星的等離子體纏繞在圍繞行星-磁層的磁泡中時,就形成了可見光,就像我們在自己的星球上看到的北極/南方光一樣。Aurora還產生在太空中傳播數年的無線電發射。

LOFAR天文臺是由20,000個單獨的無線電天線組成的陣列,集中在整個陣列中的48個獨立簇中。

歷經考驗

目前,我們只有幾種方法可以檢測我們太陽系以外的遙遠世界。最成功的兩個是都卜勒光譜法(或徑向速度法)和過渡法。您熟悉聲波中的都卜勒效應。經過時,經過的救護車警笛的音調較高,而走開時的音調較低。光波也經歷都卜勒效應。當一個物體接近我們時,它的光會轉移到可見光譜的藍色部分。當一個物體離開我們時,它的光會轉移到光譜的紅色部分。

第二種是過境方法,被TESS和Kepler等星球狩獵任務使用。這些任務看到了遙遠系外行星的輪廓。這些行星繞著它們的宿主恆星運行時,從我們的角度來看,它們阻擋了一部分恆星的光線,從而在整個太空中投射出可測量的陰影-過渡。該過境告訴我們有關行星的大小,與母恆星的距離以及年份的持續時間。使用這兩種方法,已經發現了數千顆系外行星。

可視化的系外行星探測方法

嘈雜的木星

無線電發射檢測增加了系外行星搜尋的新方法。在觀測到的三個太陽系中,恆星系TauBotis表現出了令人鼓舞的結果,研究小組認為這可能是行星發出的無線電輻射。TauBotis坐落在Botes星座中,距地球51光年。該系統包含一顆F級恆星(TauBotisA),比我們自己的太陽大約50%,發光三倍。這顆恆星有一顆M級紅矮星伴星(TauBotisB),繞行距離為AU 220;是海王星繞太陽運行的距離的7倍以上。主要的F星有一個著名的氣體巨行星系外行星,名為TauBotisAb。TauBotisAb實際上是1996年使用都卜勒光譜法發現的最早系外行星之一。

我們也看到了離家較近的天然氣巨頭的極光。這些來自錢德拉X射線天文臺和哈勃太空望遠鏡的合成圖像顯示了木星上的高能X射線極光。極光是由太陽在2011年到達地球的日冕質量拋射觸發的。圖片:X射線:NASA / CXC / UCL / W.Dunn等人,光學:NASA / STScI

有充分的證據證明TauBotis系統的無線電信號是從行星本身發出的。TauBotisAb是「熱木星」天然氣巨人,其運行軌道是水星繞太陽運行的七分之一。它的一年只有三天。TauBotisAb靠近恆星,因此非常適合進行無線電發射觀測。如此緊密地糾纏在恆星等離子體中的行星磁場變得超強,產生的無線電發射強度是木星的百萬倍

行星無線電發射的功率可能大於恆星發射的功率,而恆星發射則將兩者區別開來。探測到的信號還顯示出極光行星無線電發射所期望的極化程度,這也與其他天文物體不同。但是,恆星耀斑和爆發有時會被極化,這意味著無線電源可能來自矮伴星TauBotisB,因為M矮星以強烈的太陽耀斑而聞名。正如團隊指出的那樣:「需要進行後續觀察以確認此微弱信號的存在,並隨後驗證其起源。」

來自TauBotis觀測值之一的無線電信號強度。比較顯示了在指向恆星系統的「 ON」光束和遠離系統的「 OFF」光束之間的檢測,用於比較和對比勢能信號與背景噪聲。

宜居磁層

如果信號確實來自TauBotisAb,我們可能會看到系外行星探測的全新時代。TauBotisAb迎來了這個新時代。熱木星是都卜勒光譜儀發現的第一批行星,因為它們的質量和靠近恆星的軌道使這些母恆星的「擺動」更為明顯。作為我開始科學拓展事業的天文臺,我對這個星球也有個人的愛好-西蒙·弗雷澤大學(Simon Fraser University)的託洛特天文臺(Trottier Observatory)複製了都卜勒觀測資料,該觀測資料表明TauBotisA上存在熱木星。

來自SFU Trottier天文臺的TauBotisA星的徑向速度測量。這些測量結果顯示,熱木星TauBotisAb繞恆星旋轉時,恆星的推/拉擺動。

幾十年前曾經是專業天文臺的領域,可以像SFU一樣在世界範圍內進行更廣泛地複製。也許再過幾十年,較小的中心也將在基於LOFAR的技術上經歷同樣的trick滴,我們在公共宣傳天文臺甚至在家中聆聽遙遠世界的極光。除了新的檢測工具外,這一發現的含義還在於,我們有一種方法可以確定遙遠世界磁層的強度-與可居住性有關。地球的大氣層受到我們磁場的保護,磁場可以防止太陽風將我們的大氣層帶入太空(實際上是被太陽吹走),就像火星曾經密集的大氣層那樣。

同時,儘管我們正在尋找在宇宙中尋找行星的新方法,但請務必嘗試在12月21日在我們自己的太陽系中抓住木星/土星的合相。今天的宇宙將舉辦虛擬星際晚會,以從地球某個地方發出清晰的視線,然後鑑於西北太平洋的天氣,我們便可以體驗到。

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