Космічному телескопу «Габбл» знадобилося шість транзитів теплого нептуна HAT-P-11b навколо своєї карликової зорі, щоб помітити в екзопланети магнітосферу. Прямими доказами стали іонізовані частинки водню і вуглецю, які покидали планету, і так дали змогу виявити протяжне магнітне поле та плазмосферу. Про перше побачене «Габблом» магнітне поле в екзопланети вчені повідомили у Nature Astronomy.
Розподіл іонів вуглецю навколо HAT-P-11b, які витягуючись у довгий «хвіст», вказують на наявну у планети магнітосферу. Lotfi Ben-Jaffel / Institute of Astrophysics
Як побачити магнітосферу у планети?
Усі планети в Сонячній системі, крім Венери, мають магнітне поле або мали його в минулому. Але незважаючи на те, що на сьогодні відомо кілька тисяч екзопланет, досі нам не вдавалося безпосередньо побачити у них магнітосферу. Хоча, якщо судити з нашої власної Сонячної системи, магнітосферу в екзопланети може видати радіовипромінювання, що виходить від неї, а також незвичайні особливості її транзитів по диску своєї зірки.
Взаємодія зірка-планета призведе до зміни магнітосфери: зоряний вітер здатний заповнити плазмосферу планети (внутрішню область магнітосфери) іонізованим газом, що може змінити тривалість транзиту. Проте досі не можна було однозначно пов'язати такі спостереження з наявністю в екзопланет магнітосфери.
В опублікованій статті група астрономів з Інституту астрофізики в Парижі повідомила результати спостережень телескопа «Габбл» в ультрафіолетовому діапазоні за допомогою спектрографів STIS і COS. Він побачив шість транзитів схожої на Нептун планети HAT-P-11b, під час яких вдалося побачити магнітне поле, створюване нею.
Що за планета?
HAT-P-11b — це тепла (близько 870 кельвінів), не дуже масивна планета масою 0,08 маси Юпітера, яка обертається навколо активної зірки-карлика головної послідовності на відстані 0,04 астрономічної одиниці. Втім, цей теплий нептун — одна з небагатьох екзопланет з малою масою, в нижніх шарах атмосфери якої виявили воду. «Габбл» стежив за HAT-P-11b у 2016-2017 роках.
Порівнюючи зоряні спектри перед проходженням планети по диску її зірки зі спектрами під час транзиту, астрономи помітили значне поглинання HAT-P-11b ліній водню, гелію, вуглецю та кисню. Спостереження повторювалися, отже не були пов'язані з активністю зірки. Так, відстежуючи розподіл нейтральних водню і кисню, а також іонізованого вуглецю поблизу екзопланети, вдалося встановити — вона оточена плазмосферою і має протяжний хвіст магнітосфери, що утримує іони, і тягнеться на 1,8-3,1 астрономічної одиниці.
Також за новими даними виявилося, що металічність HAT-P-11b вшестеро більша за сонячну і втричі більша, ніж металічність її батьківської зірки. Напруженість екваторіального магнітного поля HAT-P-11b оцінили приблизно у 1-5 гаус. Таким чином, властивості HAT-P-11b більше схожі на юпітеріанські, ніж на планети, схожі на Нептун, незважаючи на його невелику масу. Цікаво, що за новими даними металічність і напруженість магнітного поля планети суперечать моделюванням еволюції HAT-P-11 b, де вона була в 56 разів більш металічною, ніж Сонце.
Розв'язати суперечності із попередніми моделями вчені пропонують, переглянувши параметри для моделювання. Наприклад: маси ядра, час утворення планети, відстані її від зірки, наявності поблизу планети з масою Юпітера тощо. До них пропонують додати моделі, розширені на надра планет до ядра, щоб була можливість оцінити динамо-процеси. Джерелом енергії для необхідної конвекції може бути початкове тепло планети, що дасть змогу важким елементам спускатися до ядра.
Також раніше ми писали, як як від екзопланети вперше вдалося зафіксувати радіовипромінювання, яке також може вказувати на наявне у неї магнітне поле. Також теплий нептун вдалося нещодавно відшукати і архівних даних місії TESS, а в атмосфері ультрагарячого юпітера — гідроксил, який може вказувати на воду.