janvier 17, 2022

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Les astronomes ont détecté la première indication d’un champ magnétique sur une planète en dehors de notre système solaire

Vue d’artiste de HAT-P-11b, une exoplanète en orbite autour de son étoile hôte à environ un vingtième de la distance de la Terre au Soleil. Crédit : Dennis Bagram/Université de Genève

Des chercheurs ont identifié la première signature d’un champ magnétique entourant une planète en dehors de notre système solaire. Le champ magnétique terrestre agit comme un bouclier contre les particules énergétiques du soleil connues sous le nom de vent solaire. Les champs magnétiques peuvent jouer des rôles similaires sur d’autres planètes.

Une équipe internationale d’astronomes a utilisé les données de Le télescope spatial Hubble Découvrir la signature d’un champ magnétique sur une planète en dehors de notre système solaire. Le résultat décrit dans un article de recherche dans la revue astronomie naturelleC’est la première fois qu’une telle fonctionnalité est vue sur un fichier planète extrasolaire.

Le champ magnétique explique le mieux les observations d’une région étendue de particules de carbone chargées qui entourent la planète et s’en éloignent en une longue queue. Les champs magnétiques jouent un rôle important dans la protection de l’atmosphère des planètes, donc être capable de détecter les champs magnétiques des exoplanètes est une étape importante vers une meilleure compréhension de ce à quoi pourraient ressembler ces mondes extraterrestres.

L’équipe a utilisé Hubble pour observer l’exoplanète HAT-P-11b, une NeptuneLa planète, à 123 années-lumière de la Terre, passe directement devant son étoile hôte six fois dans ce qu’on appelle un « transit ». Les observations ont été faites dans le spectre de la lumière ultraviolette, qui est au-delà de ce que l’œil humain peut voir.

Hubble a découvert des ions carbone – des particules chargées qui interagissent avec des champs magnétiques – entourant la planète dans ce qu’on appelle la magnétosphère. La magnétosphère est une région autour d’un corps céleste (comme la Terre) formée par l’interaction du corps avec le vent solaire émanant de l’étoile hôte.

HAT-P-11b Molécules de carbone chargées extrasolaires

Les observations de Hubble d’une région étendue de particules de carbone chargées entourant l’exoplanète HAT-P-11b et s’écoulant dans une longue queue peuvent être mieux expliquées par son champ magnétique, la première découverte de ce type sur une planète en dehors de notre système solaire. La planète est représentée par un petit cercle près du centre. Les ions carbone occupent une vaste zone. Dans la queue magnétique, qui n’est pas représentée dans son étendue maximale, les ions s’échappent avec des vitesses observées moyennes d’environ 100 000 miles par heure. 1 UA est égal à la distance entre la Terre et le Soleil. Crédit : Lotfi Bengavel / Institut d’Astrophysique, Paris

« C’est la première fois qu’une signature de champ magnétique d’une exoplanète est détectée directement sur une planète en dehors de notre système solaire », a déclaré Gilda Pallister, professeure agrégée de recherche au Lunar and Planetary Laboratory de l’Université d’Arizona et co-auteur du papier. auteurs. « Un champ magnétique puissant sur une planète comme la Terre peut protéger son atmosphère et sa surface du bombardement direct de particules énergétiques qui composent le vent solaire. Ces processus affectent grandement le développement de la vie sur une planète comme la Terre car le champ magnétique protège les êtres vivants. de ces particules énergétiques. »

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La découverte de la magnétosphère de HAT-P-11b est une étape importante vers une meilleure compréhension de l’habitabilité d’une exoplanète. Selon les chercheurs, toutes les planètes et lunes de notre système solaire n’ont pas leurs propres champs magnétiques, et le lien entre les champs magnétiques et l’habitabilité d’une planète doit encore être étudié plus avant.

« HAT-P-11 b s’est avéré être une cible très excitante, car les observations de transit ultraviolet de Hubble ont révélé une magnétosphère, considérée comme un composant ionique s’étendant autour de la planète et une longue queue d’ions fugitifs », a déclaré Pallister, ajoutant que cela pourrait être utilisé Une méthode générale pour détecter les magnétosphères sur une variété d’exoplanètes et pour évaluer leur rôle dans l’habitabilité.

Pallister, chercheur principal pour l’un des programmes du télescope spatial Hubble qui a observé le HAT-P-11b, a contribué à la sélection de cette cible spécifique pour les études ultraviolettes. La principale découverte a été l’observation d’ions carbone non seulement dans la région autour de la planète, mais aussi dans une longue queue qui s’éloigne de la planète à une vitesse moyenne de 100 000 milles à l’heure. La queue a atteint l’espace pour au moins une unité astronomique, qui est la distance entre la Terre et le Soleil.

Les chercheurs, dirigés par le premier auteur de l’article, Lotfi Bengavel de l’Institut d’astrophysique de Paris, ont utilisé des simulations informatiques 3D pour modéliser les interactions entre les régions de la haute atmosphère de la planète et le champ magnétique avec le vent solaire entrant.

« Tout comme l’interaction du champ magnétique terrestre et de l’environnement spatial immédiat avec le vent solaire influent, qui se compose de particules chargées se déplaçant à 900 000 miles par heure, il existe des interactions entre le champ magnétique de HAT-P-11b et l’espace immédiat environnement avec le vent solaire venant de son étoile », a expliqué Ballster. Hôte, ceux-ci sont très complexes.

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La physique dans la magnétosphère terrestre et dans HAT-P-11b est la même ; Cependant, la proximité d’une exoplanète à son étoile – seulement un vingtième de la distance de la Terre au Soleil – provoque le réchauffement de la haute atmosphère et essentiellement « l’ébullition » dans l’espace, conduisant à la formation de la queue magnétique.

Les chercheurs ont également découvert que la métallicité atmosphérique de HAT-P-11b – le nombre d’éléments chimiques dans un objet plus lourd que l’hydrogène et l’hélium – est plus faible que prévu. Dans notre système solaire, les planètes gazeuses glacées, Neptune et Uranus, riche en minéraux mais avec de faibles champs magnétiques, tandis que les planètes gazeuses beaucoup plus grandes, Jupiter Et SaturneIl a peu de métaux et de forts champs magnétiques. Les auteurs disent que les métaux de basse atmosphère de HAT-P-11b remettent en cause les modèles actuels de formation d’exoplanètes.

« Bien que HAT-P-11b ne représente que 8% de la masse de Jupiter, nous pensons que l’exoplanète ressemble plus à un petit Jupiter qu’à Neptune », a déclaré Pallister. « La composition atmosphérique que nous voyons sur HAT-P-11b suggère que davantage de travail est nécessaire pour améliorer les théories actuelles sur la formation de certaines exoplanètes en général. »

Référence : « Des signatures magnétiques fortes et une atmosphère pauvre en métaux d’une exoplanète de la taille de Neptune » par Lutfi Ben Javel, Gilda E. Palestre, Antonio García Muñoz, Panagiotis Lavas, David K. Singh, George Sanz-Forkada, Ofer Cohen, Tiffany Kataria, Gregory W. Henry, Lars Buchhav, Thomas Michal Evans, Hannah R. Wakeford et Mercedes Lopez Morales, 16 décembre 2021, disponible ici. astronomie naturelle.
DOI : 10.1038 / s41550-021-01505-x

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Le télescope spatial Hubble est un projet de coopération internationale entre Nasa et l’Agence spatiale européenne. Des observations ont été faites à travers les programmes suivants : Small HST Program #14625 dédié à HAT-P-11b (Principal Investigator Gilda E. Ballester) et Treasury HST Program #14767 nommé PanCET : The Exoplanet Comparative Panchromatic Treasury Program (Principal Investigators David K. Singh et Mercedes Lopez Morales).

L’article « Signatures de magnétisme fort et de mauvaise atmosphère métallique d’une exoplanète de la taille de Neptune » a été publié dans le numéro du 16 décembre de astronomie naturelle. Les co-auteurs en plus de Ballester et Ben-Jaffel sont Antonio García Muñoz, Panagiotis Lavas, David K. Wakeford et Mercedes Lopez Morales.