Некоторые экзопланеты в обитаемых зонах своих звёзд могут оказаться непригодными для жизни из-за вспышек на звёздах. Красные карлики известны своими мощными вспышками, и поскольку они тусклые, а обитаемые зоны расположены близко к звезде, эти вспышки могут стерилизовать любые планеты и сделать их абсолютно непригодными для жизни. Но не только красные карлики вспыхивают; большинство звёзд, включая наше Солнце, подвержены этому явлению.
Астрономы давно предполагали, что если планета вращается достаточно близко к своей звезде, она может влиять на магнитное поле звезды и даже вызывать вспышки. Международная группа исследователей обнаружила первый пример вспышек, вызванных планетой, на звезде, похожей на Солнце, расположенной примерно в 400 световых годах от нас. Их исследование под названием «Близко расположенная планета вызывает вспышки на своей звезде-хозяине» было представлено к публикации в журнале Nature. Ведущим автором является Екатерина Илин из Нидерландского института радиоастрономии. Исследование доступно на сервере препринтов arXiv.
Особенности звёзд
Звёзды обладают чрезвычайно мощными магнитными полями, которые являются фундаментальными для их природы. Они генерируются за счёт проводящего движения плазмы и эффекта динамо. Линии магнитного поля звёзд могут напрягаться и искажаться, а когда они успокаиваются и внезапно воссоединяются, они могут высвобождать чрезвычайно энергичные вспышки на звёздах.
Звезда в этом исследовании — HIP 67522, звезда главной последовательности G-типа, подобная Солнцу. Она намного моложе Солнца, которому 4,6 миллиарда лет, — ей всего около 17 миллионов лет. Вокруг звезды есть две известные экзопланеты: HIP 67522 b находится ближе всего и вращается по орбите длиной около 7 дней, в то время как её «сестра», HIP 67522 c, находится немного дальше и вращается по орбите примерно 14 дней. Исследование сосредоточено на HIP 67522 b.
«Пока что поиск взаимодействий между магнитными полями звёзд и планет оставался безрезультатным», — пишут авторы. «Здесь мы сообщаем о первом обнаружении вспышек, вызванных планетой, на HIP 67522, 17-миллионнолетней звезде-карлике G с двумя известными близкими планетами».
Результаты основаны на наблюдениях, проведённых в рамках миссии ESA CHEOPS и миссии NASA TESS. Наблюдения за HIP 67522 длились пять лет, и исследователи получили длинную временную шкалу для мониторинга звезды. Они зафиксировали 15 вспышек на звезде во время этих наблюдений.
«Мы обнаружили, что 15 вспышек на HIP 67522 происходят вблизи фазы транзита самой внутренней планеты, что указывает на постоянное взаимодействие между звездой и планетой в системе. Стабильность взаимодействия подразумевает, что внутренняя планета постоянно вызывает в шесть раз более высокую частоту вспышек, чем она испытывала бы без взаимодействия», — пишут авторы.
Влияние на экзопланеты
Космический телескоп JWST наблюдал HIP 67522 b и обнаружил удивительную протяжённую атмосферу, которая, вероятно, со временем будет разрушена. Илин и её соавторы нового исследования говорят, что вспышки от звезды могут быть причиной этого. «HIP 67522 является архетипом для понимания влияния взаимодействия магнитных полей звезды и планеты на атмосферы зарождающихся экзопланет», — пишут они.
HIP 67522 b имеет около 14 масс Земли. Это одна из самых молодых транзитных экзопланет, когда-либо обнаруженных. Она также одна из наименее плотных. Она вращается на расстоянии менее 12 радиусов звезды от неё. Это означает, что она, вероятно, находится в субальфвеновском режиме, где солнечная плазма от звезды движется достаточно медленно, чтобы магнитные волны звезды могли распространяться вверх по потоку. Это означает, что альфвеновские волны могут влиять на взаимодействие между потоком плазмы и любыми объектами, с которыми он сталкивается, в данном случае — экзопланетой HIP 67522 b.
«В этом режиме возмущения звёздного магнитного поля, вызванные планетой, могут распространяться обратно к звезде вдоль линий магнитного поля, которые связывают два тела», — объясняют исследователи.
Из 15 наблюдаемых вспышек большинство связано с ближайшим подходом экзопланеты к звезде. «Частота вспышек значительно возрастает вскоре после транзита: мы зафиксировали 11 вспышек в диапазоне орбитальных фаз 0–0,2 и только 4 вспышки на протяжении остальной части орбиты, что составляет почти в девять раз более высокую частоту вспышек в диапазоне фаз 0–0,2», — объясняют исследователи.
Есть ещё много деталей, которые предстоит проработать, прежде чем учёные поймут, как именно работает вызванное планетой звёздное вспыхивание. Авторы считают, что в этом процессе играет роль энергия, хранящаяся в корональных петлях. Эти петли представляют собой арочные структуры в атмосфере звезды, содержащие плотную плазму. Они магнитно изолированы от окружающей среды. «Мы предполагаем, что энергия, вызывающая вспышки, вызванные планетой в HIP 67522, поступает из резервуара энергии, хранящегося в корональных петлях звезды, а взаимодействие между звездой и планетой является механизмом запуска вспышек», — объясняют авторы.
«Независимо от лежащего в основе механизма, наблюдаемое излучение, вызванное планетой, имеет поразительные последствия», — пишут авторы. «Орбитальные фазы вспышек, вызванных HIP 67522 b, означают, что взаимодействие со звездой имеет неприятные последствия для планеты из-за самонаведённых погодных условий в космосе».
Вспышки от HIP 67522 пагубно влияют на планету, но не сразу. В этом юном возрасте вспышки нагревают атмосферу HIP 67522 b и заставляют её расширяться. Это раздутие означает, что, хотя экзопланета сравнима по размеру с Юпитером, она составляет лишь около 5% его массы. Но со временем вспышки будут разрушать атмосферу. Примерно через 100 миллионов лет планета может сжаться и стать горячим Нептуном — распространённым типом экзопланеты.
«Наши результаты устанавливают HIP 67522 как архетипную систему для вспышек, вызванных взаимодействием между звездой и планетой», — пишут исследователи. По их словам, это первая система «звезда-планета», где их взаимодействие наблюдалось в течение как минимум трёх лет. «Надёжность нашего обнаружения открывает двери для последующих наблюдений и побуждает к характеристике HIP 67522 c, чтобы провести дифференциальный анализ двух планет в системе».
С этими результатами в руках исследователи говорят, что они готовы наблюдать за другими системами, которые являются вероятными кандидатами для вспышек, вызванных экзопланетами.
«Планетарная погода в космосе и магнитные поля имеют решающее значение для понимания динамики их атмосфер, оценки обитаемости и изучения состава недр — ключ к разгадке того, как планеты по всему Млечному Пути, включая планеты нашей Солнечной системы, сформировались и развивались», — заключают авторы.
Предоставлено Universe Today.