Campo magnético de exoplanetas estimado pela primeira vez 02.12.2014

Nas duas décadas desde a descoberta do primeiro planeta fora do sistema solar, os astrônomos encontraram mais de 350 exoplanetas e deram um grande passo em seu estudo. Há vinte anos, o grande evento era simplesmente a descoberta de um novo exoplaneta, e agora os astrofísicos estudam a estrutura e composição química de suas atmosferas, clima e outras características. E em alguns casos, suas luas podem até ser observadas.

Uma das características importantes dos planetas é o seu campo magnético. Afeta o comportamento da atmosfera do planeta, pois a protege dos efeitos destrutivos do vento estelar e interage com sua parte ionizada - a ionosfera e a magnetosfera. Além disso, pode afetar a evolução do próprio planeta.

Observações diretas do campo magnético de exoplanetas atualmente não são possíveis. Até agora, as tentativas de detectar sua emissão de rádio, que também permitiria estimar o campo magnético, também não tiveram sucesso. No entanto, ao estudar o planeta HD 209458b, informalmente chamado Osíris, uma nuvem de hidrogênio atômico quente foi descoberta fora de sua magnetosfera, "evaporando" da atmosfera do planeta sob a influência de uma estrela.

O tamanho e a forma da concha de hidrogênio são determinados pela interação entre o fluxo de gás do planeta e o vento estelar de prótons que, por assim dizer, sopra dessa nuvem. Conhecendo os parâmetros da nuvem de hidrogênio, usando um determinado modelo, pode-se estimar os parâmetros da magnetosfera e, consequentemente, os parâmetros do campo magnético.

O método de tal avaliação foi proposto por uma equipe internacional de cientistas, que inclui físicos russos, atualmente representando o Instituto de Pesquisa Espacial da Academia Austríaca de Ciências, Kristina Kislyakova (ex-funcionária da Universidade Estadual de Nizhny Novgorod em homenagem a NI Lobachevsky) e Maxim Khodachenko (também funcionário do SINP em homenagem a D.V. Skobeltsyn, Universidade Estadual de Moscou). Com sua ajuda, eles conseguiram estimar a magnitude do momento magnético do planeta HD 209458b. Os resultados da pesquisa são publicados na revista Science.

Os cientistas simularam a formação de uma nuvem de hidrogênio quente ao redor do planeta e mostraram que a configuração observada da nuvem corresponde a apenas um valor específico do momento magnético e dos parâmetros do vento estelar.
Para tornar o modelo mais preciso, os astrofísicos levaram em conta um grande número de fatores que determinam a interação entre o vento estelar e a atmosfera do planeta: a chamada recarga entre o vento estelar e partículas atmosféricas neutras e sua ionização, efeitos gravitacionais, pressão , aceleração radiativa, alargamento da linha espectral.

O planeta HD 209458b, descoberto em 1999 a 150 anos-luz da Terra, está entre vários dos exoplanetas mais estudados e intensamente estudados, pois é um dos poucos objetos conhecidos que podem ser vistos à medida que passam pelo disco da estrela. Ao mesmo tempo, a luz de uma estrela chega à Terra, tendo passado pela atmosfera do planeta, o que permite estudar sua estrutura e composição química por métodos espectrais. Para observações, os cientistas usaram o Telescópio Espacial Hubble.

Simulações mostraram que a magnetosfera do planeta é relativamente pequena, cerca de 2,9 raios planetários, o que corresponde a um momento magnético de apenas 10% do de Júpiter. Isso é consistente com as estimativas preliminares da eficácia do dínamo planetário para este planeta.

Um campo magnético tão pequeno se deve ao fato de o exoplaneta HD 209458b ser um típico Júpiter quente, ou seja, um gigante gasoso com massa da ordem de Júpiter, mas localizado muito mais próximo da estrela. Assim, o exoplaneta em questão está localizado a uma distância de menos de 5 milhões de km da estrela, que está 100 vezes mais perto do que Júpiter no sistema solar, e até 10 vezes mais perto do que o planeta mais próximo do Sol, Mercúrio. Seu período orbital é de apenas 3,5 dias, sua massa é de 0,7 massas de Júpiter e seu raio é de 1,4 massas de Júpiter.

Como a órbita de tal planeta está muito próxima da estrela, ele experimenta uma forte atração gravitacional que diminui a rotação do planeta. Como, de acordo com a teoria do dínamo planetário, a geração de um campo magnético está associada à rotação dos núcleos dos planetas, a rotação lenta do planeta leva a campos magnéticos fracos.

Os cientistas acreditam que o método que eles propuseram para estimar o campo magnético pode ser usado para todos os planetas, incluindo aqueles semelhantes à Terra, se houver uma camada de hidrogênio de alta energia ao seu redor. Vale a pena notar que cerca de 15% dos exoplanetas são Júpiteres quentes.