Niezwykłe zorze na egzoplanecie

Niezwykłe zorze na egzoplanecieOriginal Press Release
Ziemskie zorze polarne prezentują mieszkańcom regionów podbiegunowych niezwykły pokaz świateł.

Nasze obliczenia pokazują jak dobrze działają mechanizmy ochronne planet. Nawet planeta z polem magnetycznym znacznie słabszym od pola magnetycznego Jowisza jest stosunkowo bezpieczna.

Ofer Cohen, CfA

Ziemskie zorze polarne powstają gdy cząstki o wysokich energiach emitowane przez Słońce zderzają zię z polem magnetycznym naszej planety. Pole to kieruje cząstki w stronę biegunów, gdzie uderzają w atmosferę Ziemi i pobudzają cząsteczki powietrza do świecenia na podobieństwo neonówek. Podobne procesy zachodzą na planetach okrążających inne gwiazdy – egzoplanetach. Szczególnie silne zorze pojawiają się gdy Ziemia dostaje się w strumień materii wyrzuconej w trakcie koronalnego wyrzutu masy – CME (Coronal Mass Ejection) – gigantycznej eksplozji, która wyrzuca miliardy ton plazmy słonecznej w przestrzeń. CME jest w stanie zakłócić strukturę ziemskiej magnetosfery – ochronnego bąbla przestrzeni, w której dominuje pole magnetyczne naszej planety – tworząc burzę magnetyczną. W 1989 roku wyrzut materii koronalnej uderzył z taką siłą, że wynikła burza magnetyczna doprowadziła do uszkodzenia energetycznych linii transmisyjnych na dużych obszar prowincji Quebec w Kanadzie.

Ofer Cohen z Centrum Astrofizyki Harvard-Smithsonian (CfA) wraz ze współpracownikami stworzyli modele komputerowe by zbadać procesy, jakie zachodzą w atmosferze gazowej, olbrzymiej planety krążącej po ciasnej orbicie wokół swej gwiazdy – na tzw. „gorącym Jowiszu” – gdy zostanie ona poddana działaniu CME. Naukowcy chcieli zbadać co stanie się z magnetosferą i atmosferą takiej egzoplanety.

Gazowa, olbrzymia planeta zostałaby poddana działaniu ekstremalnych sił. W Układzie Słonecznym, zanim CME dotrze do Ziemi, ulega znacznemu rozproszeniu. Gorący Jowisz zostałby uderzony przez silniejszy i bardziej skupiony obłok naładowanej plazmy – na podobieństwo różnicy gdy obserwujemy eksplodujący wulkan z odległości stu albo jednego kilometra.

„Wpływ na egzoplanetę byłby zupełnie inny i znacznie gwałtowniejszy od tego, co znamy z Układu Słonecznego „- mówi współautor badań Vinay Kashyap z CfA.

Model zakładał uderzenie CME w gorącego Jowisza prowadzące do osłabienia pola magnetycznego. Cząstki CME dotarł do atmosfery gazowego olbrzyma zapalając pierścień zórz wokół jego równika od 100 do 1000 razy silniejszy niż ziemskie zorze. W ciągu kolejnych 6 godzin zorze przemieszczały się  w kierunku biegunów i z powrotem po czym powoli zanikały. Jednak mimo ekstremalnych sił okazało się, że pole magnetyczne egzoplanety ochroniło jej atmosferę przed erozją.

Uzyskane wyniki mają istotne znacznie dla hipotez dotyczących możliwości istnienia życia na skalistych egzoplanetach. Astronomowie sugerują, by szukać takich planet wokół najpospolitszych gwiazd w galaktyce – czerwonych karłów. Jednak ze względu na to, że gwiazdy te są znacznie chłodniejsze od Słońca, aby na egzoplanecie istniała woda w stanie ciekłym musi ona krążyć wokół gwiazdy na znacznie ciaśniejszej orbicie niż Ziemia, co oznacza, że byłaby poddana tak gwałtownym oddziaływaniom, jak te, badane przez Cohena. Zespół planuje w kolejnych symulacjach przeanalizować, czy pole magnetyczne skalistej planety również byłoby w stanie ochronić jej powierzchnię przed wpływem CME,

Źródła:

Exoplanet Aurora: An Out-of-this-World Sight

Earth's aurorae, or Northern and Southern Lights, provide a dazzling light show to people living in the polar regions. Shimmering curtains of green and red undulate across the sky like a living thing. New research shows that aurorae on distant „hot Jupiters” could be 100-1000 times brighter than Earthly aurorae. They also would ripple from equator to poles (due to the planet's proximity to any stellar eruptions), treating the entire planet to an otherworldly spectacle.

„I'd love to get a reservation on a tour to see these aurorae!” said lead author Ofer Cohen, a SHINE-NSF postdoctoral fellow at the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA).

Earth's aurorae are created when energetic particles from the Sun slam into our planet's magnetic field. The field guides solar particles toward the poles, where they smash into Earth's atmosphere, causing air molecules to glow like a neon sign. The same process can occur on planets orbiting distant stars, known as exoplanets.

Particularly strong aurorae result when Earth is hit by a coronal mass ejection or CME – a gigantic blast that sends billions of tons of solar plasma (electrically charged, hot gas) into the solar system. A CME can disrupt Earth's magnetosphere – the bubble of space protected by Earth's magnetic field – causing a geomagnetic storm. In 1989, a CME hit Earth with such force that the resulting geomagnetic storm blacked out huge regions of Quebec.

Cohen and his colleagues used computer models to study what would happen if a gas giant in a close orbit, just a few million miles from its star, were hit by a stellar eruption. He wanted to learn the effect on the exoplanet's atmosphere and surrounding magnetosphere.

The alien gas giant would be subjected to extreme forces. In our solar system, a CME spreads out as it travels through space, so it's more diffuse once it reaches us. A „hot Jupiter” would feel a stronger and more focused blast, like the difference between being 100 miles from an erupting volcano or one mile away.

„The impact to the exoplanet would be completely different than what we see in our solar system, and much more violent,” said co-author Vinay Kashyap of CfA.

In the model, a CME hits the „hot Jupiter” and weakens its magnetic shield. Then CME particles reach the gas giant's atmosphere. Its aurora lights up in a ring around the equator, 100-1000 times more energetic than Earthly aurorae. Over the course of about 6 hours, the aurora then ripples up and down toward the planet's north and south poles before gradually fading away.

Despite the extreme forces involved, the exoplanet's magnetic field shields its atmosphere from erosion.

„Our calculations show how well the planet's protective mechanism works,” explained Cohen. „Even a planet with a magnetic field much weaker than Jupiter's would stay relatively safe.”

This work has important implications for the habitability of rocky worlds orbiting distant stars. Since red dwarf stars are the most common stars in our galaxy, astronomers have suggested focusing on them in the search for Earthlike worlds.

However since a red dwarf is cooler than our Sun, a rocky planet would have to orbit very close to the star to be warm enough for liquid water. There, it would be subjected to the sort of violent stellar eruptions Cohen and his colleagues studied. Their future work will examine whether rocky worlds could shield themselves from such eruptions.

This research has been accepted for publication in The Astrophysical Journal and is available online.

Headquartered in Cambridge, Mass., the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) is a joint collaboration between the Smithsonian Astrophysical Observatory and the Harvard College Observatory. CfA scientists, organized into six research divisions, study the origin, evolution and ultimate fate of the universe.

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *