系外惑星は、惑星がどのように磁気を作るのかを知るのに役立つ可能性がある | クアンタマガジン

何十年もの間、天文学者は惑星の磁場に困惑してきました。 私たち自身の太陽系では、どの世界が磁気シースを生成するのかを説明する規則はありません。たとえば、地球には磁気シースがありますが、その姉妹世界である金星にはありません。

天文学者たちは、磁気の謎を理解する最良の方法の XNUMX つは、他の太陽の周りを回る世界を研究することであるのではないかと考えています。 系外惑星の磁場の人口調査を収集することによって、研究者はそれらが他の世界に共通する特徴であるかどうかを判断することができます。 そうすることで、私たちの太陽系を文脈に照らし合わせ、いくつかの根深い好奇心を解決するのに役立つだろう、と同氏は述べた。 メアリー・ナップ, マサチューセッツ工科大学ヘイスタック天文台で系外惑星を研究する天文学者。

「地球と金星は良い例です。XNUMX つの惑星は、大きさも似ており、組成もかなり似ていますが、磁場の点では大きく異なります」とナップ氏は言う。

このような国勢調査を構築すること、さらには系外惑星の磁場を見つけることさえも困難でした。なぜなら、これらの磁場は微弱で検出するのが難しいからです。 しかし12月、XNUMXつの独立したチームが、約XNUMX光年離れた小さな薄暗い赤色矮星の周りを回る岩石惑星によって生成された磁場の痕跡と思われるものを発見した。 くじら座YZ bと呼ばれるこの惑星は地球よりわずかに小さく、私たちが知っているように、生命が存在するには暑すぎる可能性があります。 しかし、岩石の世界で磁場を発見できれば、磁場がどのように形成され、それが惑星の進化にどのような影響を与えるか、さらには磁場が生命に適しているかについてさらに詳しく知ることができるかもしれない。

「私たちは太陽系から、惑星が時間の経過とともにどのように大気を失うか保持するかに影響を与える上で、磁場が重要な役割を果たすことを知っています」と述べた。 ジャッキー・ヴィラセン、バックネル大学の天文学者であり、チームのXNUMXつのメンバーです。 「私たちは、地球に似た惑星では全球的に強い磁場がどのくらい一般的に存在するのかという質問に答えようとしています。」

無線信号

私たちの太陽系では、地球と XNUMX つの巨大な惑星 (木星、土星、天王星、海王星) には大きな磁場があります。 水星にはかすかな磁場しかなく、火星には過去にもっと強固な磁場があった可能性が非常に高いですが、完全には理解されていない理由でそれを失いました。

惑星の磁場は、惑星の中心で撹拌される溶融金属から作られたダイナモと呼ばれるエンジンによって生成されます。 この撹拌により、磁場を駆動する電流が生成されます。 地球と XNUMX つの巨大ガス惑星では、このプロセスは惑星の周囲に保護繭を形成するのに十分強力で、さもなければ惑星の大気を吹き飛ばしてしまう荷電粒子を逸らします。

「磁場は放射線からのシールドのように機能します」と彼は言いました アヤン・ビスワス、カナダのクイーンズ大学の天文学者。 「それらは人生にとって非常に重要です。」

科学者たちは、既知の 5,000 個の系外惑星の多くには磁場があるのではないかと疑っていますが、それを検出することは別の問題です。 1970で, 天文学者らは、惑星の磁場が惑星の主星と相互作用すると、オーロラ放出として知られる、星が発する低周波電波の観測可能なスパイクを生成するのではないかと推測しました。 地球から見た場合、これらのスパイクのタイミングは、惑星の軌道上での位置によって異なります。それらは、惑星の存在を間接的に明らかにする周期的な指紋のようなものです。

1992 年に最初の系外惑星が発見される前でさえ、「人々はこれが系外惑星を探すのに非常に良い方法だと考えていました」と彼は言いました。 ジェイク・ターナー、コーネル大学の天文学者。

この技術は難しいことが判明した。 これまで惑星系外磁場の確実な検出は行われていないが、有望な候補は存在する。

エフゲニヤ・シュコルニクアリゾナ州立大学の天体物理学者らは、XNUMXつのホットジュピター（恒星の近くを周回する巨大な惑星）からの大気データを使用して、 磁場のヒントを得る 2019年、ターナー率いるチームはオランダの低周波アレイ（LOFAR）望遠鏡を使用して無線信号を検出した。 惑星の磁場とリンクしている 地球から51光年離れたタウうしかい星系にある。 そして2021年後半には、 ロトフィ・ベン・ジャッフェル パリ天体物理学研究所とその同僚 検出された紫外線放射 地球から11光年離れたHAT-P-123 bと呼ばれる海王星に似た惑星からのもので、この惑星の磁気圏を示唆していた。

しかし、どの検出も決定的なものではなく、岩石惑星に関するものでもありませんでした。

電話ホーム

2017 年、天文学者たちは、50 年近く仮説を立ててきたタイプの間接観測にまさに必要なシステムを発見しました。 XNUMX つの岩石惑星が、宇宙石ほどの距離にある赤色矮星くじら座 YZ の周りを周回していました。 この星系は私たち自身の惑星に近いため、その惑星、特に最も内側の惑星であるくじら座 YZ b は好都合な標的となっている。 さらに、赤色矮星は通常、太陽のような星よりも強い磁場を持っているため、周回惑星の磁場の痕跡を特定するのが容易になります。 「これは、これらの基準を満たす最初に発見されたシステムの XNUMX つです」と Villadsen 氏は述べています。

現在、XNUMXつのチームがYZ Ceti bによって作られた磁場の証拠を発見した。 両チームは、くじら座 YZ が星の周りの XNUMX 日間の軌道で同様の地点に到達したときに発生したと思われる、周期的な電波のバーストを発見しました。 チームの XNUMX つである Villadsen チームが、 テルテル無線指紋 ニューメキシコ州のVery Large Arrayを使用。 「この明るさの電波を引き起こすためには、地球が地球と同様の磁場の強さを必要とすることが判明しました」とヴィラセン氏は語った。

ビスワスを含むもう一方のチームは、 結果を投稿しました 直後に。 そのグループは、インドの巨大メートル波電波望遠鏡を使用して、周期的な電波スパイクの同様の観測を行いました。 「（信号が）地球から来ていることを99％確信しています」とビスワス氏は語った。

どちらの研究にも関与していないシュコルニク氏は、結果は有望であると述べた。 「まだ確証とは考えていないが、非常に示唆に富んだものだ」と彼女は語った。 より確実な検出には、星と周期的な電波スパイクのさらなる観測が必要となるだろう。 彼女や他の人々は、同様の観察が試みられることを望んでいます。 TRAPPIST-1システム 地球から 40 光年離れた赤色矮星を周回する 4.25 つの地球サイズの世界、あるいは (おそらく) 岩石惑星を擁する XNUMX 光年で地球に最も近い恒星である赤色矮星プロキシマ ケンタウリについても考えられます。

月へ

惑星系外磁場を見つけることは、惑星系磁場がどの程度広がっているか、また惑星がどのように磁気を生成するかを理解するために非常に重要です。 「私たちは、これらの物質が惑星上でどのように生成されるのかについて、驚くほどの理解を持っているわけではありません」と述べた。 ロバート・カバナー、オランダのライデン大学の天文学者。

私たちの太陽系では、ダイナモが鍵となるようです。 しかし、特にこれまでに発見された系外惑星の中で最も一般的なタイプの一つである「スーパーアース」（地球と海王星の間にある質量の世界）では、ダイナモが惑星磁場を生成する唯一の方法ではない可能性がある。 中島美希ロチェスター大学の惑星科学者は、内部が溶けているが固体の核がない世界の内部で、惑星内の熱変動が機能するかどうかを研究している。 「マグマオーシャンが磁場を生成できるかどうかに興味があります」と彼女は述べ、「マグマオーシャンはスーパーアースではかなり一般的であるはずだ」と述べた。

しかし、天文学者らは、探索を一度限りの検出から彼らが期待する種類の国勢調査に変えるには新しい技術が必要だと主張している。

ナップ氏が取り組んでいるアイデアの XNUMX つは、 GO-Lowは、数千の小型宇宙船からなる艦隊を使用して、系外惑星からの電波を研究することになる。 もう XNUMX つのアイデアは FARSIDE です。 提案された無線アレイ NASAからは、地球からの電波干渉を受けない月の裏側に設置される予定だ。 これらのプロジェクトのいずれかが実現すれば、天文学者たちはこれらの永続的な謎を解決するか、あるいはさらに不可解なこの世のものとは思えない楽しみの宝庫を明らかにするかもしれません。

「木星サイズのフィールドを持つ地球、それとも地球サイズのフィールドを持つ木星が見つかるでしょうか？」 ナップは言った。 「分かりませんが、ぜひ知りたいです。」