Los astrónomos detectan la primera firma del campo magnético en un planeta fuera de nuestro sistema solar

Impresión artística de HAT-P-11b, un exoplaneta que orbita alrededor de su estrella anfitriona a solo una vigésima parte de la distancia de la Tierra al sol. Crédito: Denis Bajram / Universidad de Ginebra

Los investigadores han identificado la primera firma de un campo magnético que rodea a un planeta fuera de nuestro sistema solar. El campo magnético de la Tierra actúa como un escudo contra las partículas energéticas del sol conocidas como viento solar. Los campos magnéticos podrían desempeñar funciones similares en otros planetas.

Un equipo internacional de astrónomos utilizó datos del El telescopio espacial Hubble descubrir la firma de un campo magnético en un planeta fuera de nuestro sistema solar. El descubrimiento, descrito en un artículo de la revista Astronomía de la naturaleza, marca la primera vez que se ha visto una característica de este tipo en un exoplaneta.

Un campo magnético explica mejor las observaciones de una gran región de partículas de carbono cargadas que rodean el planeta y se alejan en una larga cola. Los campos magnéticos juegan un papel crucial en la protección de las atmósferas planetarias, por lo que la capacidad de detectar campos magnéticos de exoplanetas es un paso importante hacia una mejor comprensión de cómo pueden verse estos mundos extraterrestres.

El equipo utilizó el Hubble para observar el exoplaneta HAT-P-11b, un NeptunoEl planeta a 123 años luz de la Tierra, pasa directamente frente a su estrella anfitriona seis veces en lo que se llama un “tránsito”. Las observaciones se realizaron en el espectro de luz ultravioleta, que está más allá de lo que puede ver el ojo humano.

Hubble ha detectado iones de carbono, partículas cargadas que interactúan con campos magnéticos, que rodean al planeta en lo que se llama magnetosfera. Una magnetosfera es una región alrededor de un objeto celeste (como la Tierra) que está formada por la interacción del objeto con el viento solar emitido por su estrella anfitriona.

Las observaciones del Hubble de una gran región de partículas de carbono cargadas que rodean al exoplaneta HAT-P-11b y fluyen en una cola larga se explican mejor por el campo magnético, el primer descubrimiento de este tipo en un planeta fuera de nuestro sistema solar. El planeta está representado por el pequeño círculo cerca del centro. Los iones de carbono llenan una enorme región. En el interruptor magnético, que no se muestra en toda su extensión, los iones escapan a las velocidades promedio observadas de aproximadamente 100,000 mph. 1 AU es la distancia entre la Tierra y el Sol. Crédito: Lotfi Ben-Jaffel / Institut d’Astrophysique, París

“Esta es la primera vez que la firma del campo magnético de un exoplaneta se detecta directamente en un planeta fuera de nuestro sistema solar”, dijo Gilda Ballester, profesora asistente de investigación en el Laboratorio Lunar y Planetario de la Universidad de Montreal. Arizona y uno de los coautores del artículo. autores. “Un fuerte campo magnético en un planeta como la Tierra puede proteger su atmósfera y superficie del bombardeo directo de las partículas energéticas que componen el viento solar. Estos procesos afectan fuertemente la evolución de la vida en un planeta como la Tierra, porque el campo magnético protege a los organismos de estas partículas energéticas.

El descubrimiento de la magnetosfera HAT-P-11b es un paso importante hacia una mejor comprensión de la habitabilidad de un exoplaneta. No todos los planetas y lunas de nuestro sistema solar tienen sus propios campos magnéticos, y el vínculo entre los campos magnéticos y la habitabilidad de un planeta aún no se ha investigado, dicen los investigadores.

“HAT-P-11b resultó ser un objetivo muy interesante, ya que las observaciones del tránsito ultravioleta del Hubble revelaron una magnetosfera, considerada tanto un componente iónico extendido alrededor del planeta como una larga cola de iones. Que escapan”, dijo Ballester, y agregó que esto Se podría utilizar un método general para detectar magnetosferas en una variedad de exoplanetas y evaluar su papel en la habitabilidad potencial.

Ballester, investigador principal de uno de los programas del telescopio espacial Hubble que observó HAT-P-11b, ayudó a seleccionar este objetivo específico para los estudios ultravioleta. Un descubrimiento clave fue el avistamiento de iones de carbono no solo en un área que rodea el planeta, sino que también se extendía hacia una larga cola que se alejaba del planeta a una velocidad promedio de 100,000 mph. La cola alcanzó el espacio durante al menos 1 unidad astronómica, la distancia entre la Tierra y el sol.

Los investigadores, dirigidos por el primer autor del artículo, Lotfi Ben-Jaffel del Institut d’astrophysique de Paris, utilizaron simulaciones 3D por computadora para modelar las interacciones entre las regiones atmosféricas más altas del planeta y el campo magnético con la energía solar entrante. viento.

“Así como el campo magnético de la Tierra y su entorno espacial inmediato interactúan con el viento solar incidente, que está formado por partículas cargadas que viajan a alrededor de 900.000 mph, existen interacciones entre el campo magnético HAT-P-11b y su entorno espacial inmediato con el viento solar de su estrella anfitriona, y estos son muy complejos ”, explicó Ballester.

La física en las magnetosferas de la Tierra y HAT-P-11b es la misma; Sin embargo, la proximidad del exoplaneta a su estrella – apenas una vigésima parte de la distancia entre la Tierra y el sol – hace que su atmósfera superior se caliente y “hierva” en el espacio, provocando la formación del magnetoceue.

Los investigadores también encontraron que la metalicidad atmosférica de HAT-P-11b, la cantidad de elementos químicos en un objeto que son más pesados ​​que el hidrógeno y el helio, es menor de lo esperado. En nuestro sistema solar, los planetas gaseosos helados, Neptuno y Urano, son ricos en metales pero tienen campos magnéticos débiles, mientras que los planetas gaseosos mucho más grandes, Júpiter y Saturno, tienen baja metalicidad y fuertes campos magnéticos. La baja metalicidad atmosférica de HAT-P-11b cuestiona los modelos actuales de formación de exoplanetas, según los autores.

“Aunque la masa de HAT-P-11b es sólo el 8% de la de Júpiter, creemos que el exoplaneta se parece más a un mini-Júpiter que a Neptuno”, dijo Ballester. “La composición atmosférica que vemos en HAT-P-11b sugiere que se necesita hacer más trabajo para refinar las teorías actuales sobre la formación de ciertos exoplanetas en general”.

Referencia: “Firmas de fuerte magnetización y atmósfera pobre en metales para un exoplaneta del tamaño de Neptuno” de Lotfi Ben-Jaffel, Gilda E. Ballester, Antonio García Muñoz, Panayotis Lavvas, David K. Sing, Jorge Sanz-Forcada, Ofer Cohen, Tiffany Kataria, Gregory W. Henry, Lars Buchhave, Thomas Mikal-Evans, Hannah R. Wakeford y Mercedes López-Morales, 16 de diciembre de 2021, Astronomía de la naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01505-x

El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre Nasa y la Agencia Espacial Europea. Las observaciones se realizaron a través de los siguientes programas: Small HST Program # 14625 dedicado a HAT-P-11b (investigadora principal Gilda E. Ballester) y HST Treasury Program # 14767 llamado PanCET: The Panchromatic Comparative Exoplanetary Treasury program (co-investigadores principales David K . Sing y Mercedes López-Morales).

El artículo “Firmas de magnetización fuerte y baja atmósfera de metal para un exoplaneta del tamaño de Neptuno” se publica en la edición del 16 de diciembre de Astronomía de la naturaleza. Los coautores, además de Ballester y Ben-Jaffel, son Antonio García Muñoz, Panayotis Lavvas, David K. Sing, Jorge Sanz-Forcada, Ofer Cohen, Tiffany Kataria, Gregory W. Henry, Lars Buchave, Thomas Mikal-Evans, Hannah R Wakeford y Mercedes López-Morales.