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天文学家首次计算出太阳系外气态行星热木星的磁场强度《资讯》

发布时间:2020-08-17 12:24:10 阅读: 来源:办公桌厂家

07-23

7月22日的《自然天文学》报道,天文学家最新研究表明,围绕其他恒星运行的气态巨行星具有强大磁场,比太阳系木星的磁场强很多倍,这是第一次通过观测计算出这些磁场的强度。

这个团队由科罗拉多大学的Wilson Cauley领导,还包括亚利桑那州立大学地球和空间探索学院的副教授Evgenya Shkolnik。其他研究人员是北亚利桑那大学的Joe Llama和意大利卡塔尼亚天体物理观测站的Antonino Lanza。

研究是第一次使用观测到的信号来推导系外行星磁场强度,这些信号似乎来自恒星磁场和这颗紧密轨道行星之间的相互作用。自1988年以来,已经发现了3000多个系外行星系统,其中包含4000多颗行星。许多这样的恒星系统包括天文学家所称的“热木星”。这些都是巨大的气态行星,被认为与太阳系的木星相似,但围绕它们恒星运行的距离很近,通常大约是恒星直径的5倍,或者大约是月球到地球距离的20倍。

这样的行星在其恒星磁场中运行良好,行星磁场和恒星磁场之间的相互作用可以持续且强烈。之前的研究已经对系外行星磁场“设置”了上限,例如从无线电观测或纯粹从理论推导而来。将测量到的磁星与行星相互作用产生恒星辐射增加的数据与物理学理论结合起来,计算出了四颗热木星的磁场强度。研究小组发现磁场强度范围从20到120高斯。相比之下,木星磁场是4.3高斯,而地球的磁场强度只有半个高斯,尽管这个强度足以让指南针在世界范围内定向。

触发机制

天文学家们利用夏威夷和法国的天文望远镜,对这四颗热木星母恒星中电离钙(Ca II)的发射进行了高分辨率观测。这种辐射来自恒星炽热的色球层,色球层是恒星表面较冷的一层薄气体。这些观测结果让研究小组计算出恒星释放出的钙有多少能量。研究使用能量估算来计算行星的磁场强度,使用的理论是行星磁场如何与恒星磁场相互作用。

磁场“喜欢”处于低能量状态,如果橡皮筋一样扭曲或拉伸磁场,就会增加磁场中储存的能量,热木星的轨道非常接近母恒星,因此行星的磁场可以扭曲和拉伸恒星的磁场。当这种情况发生时,能量可以在两个磁场重新连接时释放出来,这就加热了恒星的大气层,增加了钙的释放。天体物理学家曾怀疑,热木星会像太阳系的木星一样,在其内部深处产生磁场,新观测结果提供了对这些巨大行星内部动力学的第一个探测器。

探测深度

该研究这是第一次基于观测对这些行星磁场强度的估计,因此这是我们知识的一个巨大飞跃,这让我们对这些行星内部情况有了更好的了解。这也应该有助于研究人员模拟热木星内部的发电机,我们对热木星的磁场一无所知,也不知道其他系外行星的磁场,现在估计有四个热木星的实际系统。考虑到行星的自转和年龄,磁场强度比人们想象的要大。

行星磁场标准发电机理论预测了取样行星的磁场强度,这些行星的磁场强度比研究小组发现的要小得多。相反,观测结果支持了行星磁场依赖于通过行星内部热量的观点。由于热木星从主恒星吸收了大量额外的能量,所以磁场应该比质量和自转速度相似的行星更大。磁场值的大小与热力学热流理论的预测相符,这也可能帮助我们更清楚地了解温带岩石行星周围的磁场。

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