Los astrónomos encuentran el primer cinturón de radiación fuera de nuestro sistema solar

Por University of California - Santa CruzMay 30, 2023

Impresión artística de una aurora y el cinturón de radiación circundante de la enana ultrafría LSR J1835+3259. Crédito: Chuck Carter, Melodie Kao, Fundación Heising-Simons

High-resolution imaging of radio emissions from an ultracool dwarf shows a double-lobed structure like the radiation belts of JupiterJupiter is the largest planet in the solar system and the fifth planet from the sun. It is a gas giant with a mass greater then all of the other planets combined. Its name comes from the Roman god Jupiter." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Júpiter.

Un equipo de astrónomos ha observado con éxito el primer cinturón de radiación fuera de nuestro sistema solar, utilizando una serie de 39 antenas de radio. El cinturón de radiación, que se encuentra alrededor de una enana ultrafría, es similar al de Júpiter pero 10 millones de veces más brillante. Este avance en el estudio de los campos magnéticos de los cuerpos celestes puede contribuir a la comprensión de la habitabilidad de los exoplanetas.

Los astrónomos han descrito el primer cinturón de radiación observado fuera de nuestro sistema solar, utilizando un conjunto coordinado de 39 antenas de radio desde Hawai hasta Alemania para obtener imágenes de alta resolución. Las imágenes de emisiones de radio persistentes e intensas de una enana ultrafría revelan la presencia de una nube de electrones de alta energía atrapados en el poderoso campo magnético del objeto, formando una estructura de doble lóbulo análoga a las imágenes de radio de los cinturones de radiación de Júpiter.

"We are actually imaging the magnetosphere of our target by observing the radio-emitting plasmaPlasma is one of the four fundamental states of matter, along with solid, liquid, and gas. It is an ionized gas consisting of positive ions and free electrons. It was first described by chemist Irving Langmuir in the 1920s." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> plasma, su cinturón de radiación, en la magnetosfera. Eso nunca se había hecho antes para algo del tamaño de un planeta gigante gaseoso fuera de nuestro sistema solar", dijo Melodie Kao, becaria postdoctoral de la Universidad de California, Santa Cruz, y primera autora de un artículo sobre los nuevos hallazgos publicados el pasado mes de mayo. 15 en Naturaleza.

Los fuertes campos magnéticos forman una "burbuja magnética" alrededor de un planeta llamado magnetosfera, que puede atrapar y acelerar partículas hasta casi la velocidad de la luz. Todos los planetas de nuestro sistema solar que tienen tales campos magnéticos, incluida la Tierra, así como Júpiter y los otros planetas gigantes, tienen cinturones de radiación que consisten en estas partículas cargadas de alta energía atrapadas por el campo magnético del planeta.

Las primeras imágenes de un cinturón de radiación extrasolar se obtuvieron combinando 39 radiotelescopios para formar un telescopio virtual que abarca todo el mundo desde Hawai hasta Alemania. Crédito: Melodie Kao, Amy Mioduszewski

Los cinturones de radiación de la Tierra, conocidos como los cinturones de Van Allen, son grandes zonas en forma de rosquilla de partículas de alta energía capturadas de los vientos solares por el campo magnético. La mayoría de las partículas en los cinturones de Júpiter provienen de volcanes en su luna Io. Si pudiera ponerlos uno al lado del otro, el cinturón de radiación que Kao y su equipo han fotografiado sería 10 millones de veces más brillante que el de Júpiter.

Las partículas desviadas por el campo magnético hacia los polos generan auroras ("luces del norte") cuando interactúan con la atmósfera, y el equipo de Kao también obtuvo la primera imagen capaz de diferenciar la ubicación de la aurora de un objeto y sus cinturones de radiación fuera de nuestro sistema solar. .

La enana ultrafría fotografiada en este estudio se extiende a ambos lados del límite entre las estrellas de baja masa y las enanas marrones masivas. "Si bien la formación de estrellas y planetas puede ser diferente, la física dentro de ellos puede ser muy similar en esa parte blanda del continuo de masas que conecta estrellas de baja masa con enanas marrones y planetas gigantes gaseosos", explicó Kao.

Caracterizar la fuerza y ​​la forma de los campos magnéticos de esta clase de objetos es en gran medida un terreno desconocido, dijo. Usando su comprensión teórica de estos sistemas y modelos numéricos, los científicos planetarios pueden predecir la fuerza y ​​la forma del campo magnético de un planeta, pero no han tenido una buena manera de probar fácilmente esas predicciones.

El cinturón de radiación de electrones y la aurora de una enana ultrafría fueron fotografiados combinando 39 radiotelescopios para formar un telescopio virtual que abarca todo el mundo desde Hawai hasta Alemania. Crédito: Melodie Kao, Amy Mioduszewski

"Las auroras se pueden usar para medir la fuerza del campo magnético, pero no la forma. Diseñamos este experimento para mostrar un método para evaluar las formas de los campos magnéticos en las enanas marrones y eventualmente en los exoplanetas", dijo Kao.

La fuerza y ​​la forma del campo magnético pueden ser un factor importante para determinar la habitabilidad de un planeta. "Cuando pensamos en la habitabilidad de los exoplanetas, el papel de sus campos magnéticos en el mantenimiento de un entorno estable es algo a considerar además de cosas como la atmósfera y el clima", dijo Kao.

Para generar un campo magnético, el interior de un planeta debe estar lo suficientemente caliente como para tener fluidos conductores de electricidad, que en el caso de la Tierra es el hierro fundido en su núcleo. En Júpiter, el fluido conductor es hidrógeno bajo tanta presión que se vuelve metálico. El hidrógeno metálico probablemente también genera campos magnéticos en las enanas marrones, dijo Kao, mientras que en el interior de las estrellas el fluido conductor es hidrógeno ionizado.

La enana ultrafría conocida como LSR J1835+3259 era el único objeto en el que Kao confiaba que proporcionaría los datos de alta calidad necesarios para resolver sus cinturones de radiación.

"Ahora que hemos establecido que este tipo particular de emisión de radio de bajo nivel y estado estacionario traza cinturones de radiación en los campos magnéticos a gran escala de estos objetos, cuando vemos ese tipo de emisión de enanas marrones, y eventualmente de gas exoplanetas gigantes: podemos decir con más confianza que probablemente tengan un gran campo magnético, incluso si nuestro telescopio no es lo suficientemente grande para ver su forma", dijo Kao, y agregó que espera con ansias cuando el Next Generation Very Large Array , que actualmente está siendo planificado por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO), puede generar imágenes de muchos más cinturones de radiación extrasolar.

"Este es un primer paso crítico para encontrar muchos más objetos de este tipo y perfeccionar nuestras habilidades para buscar magnetosferas cada vez más pequeñas, lo que eventualmente nos permitirá estudiar las de planetas del tamaño de la Tierra potencialmente habitables", dijo el coautor Evgenya Shkolnik en la Universidad Estatal de Arizona, quien ha estado estudiando los campos magnéticos y la habitabilidad de los planetas durante muchos años.

El equipo utilizó High Sensitivity Array, que consta de 39 platos de radio coordinados por NRAO en los Estados Unidos y el radiotelescopio Effelsberg operado por el Instituto Max Planck de Radioastronomía en Alemania.

"Al combinar antenas de radio de todo el mundo, podemos crear imágenes de una resolución increíblemente alta para ver cosas que nadie ha visto antes. Nuestra imagen es comparable a leer la fila superior de una tabla optométrica en California mientras se está parado en Washington, DC, ", dijo el coautor Jackie Villadsen en la Universidad de Bucknell.

Para obtener más información sobre este descubrimiento, consulte Los astrónomos encuentran el primer cinturón de radiación más allá de nuestro sistema solar.

Referencia: "La imagen resuelta confirma un cinturón de radiación alrededor de una enana ultrafría" por Melodie M. Kao, Amy J. Mioduszewski, Jackie Villadsen y Evgenya L. Shkolnik, 15 de mayo de 2023, Nature.DOI: 10.1038/s41586-023-06138-w

Kao emphasized that this discovery was a true team effort, relying heavily on the observational expertise of co-first author Amy Mioduszewski at NRAO in planning the study and analyzing the data, as well as the multiwavelength stellar flare expertise of Villadsen and Shkolnik. This work was supported by NASAEstablished in 1958, the National Aeronautics and Space Administration (NASA) is an independent agency of the United States Federal Government that succeeded the National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). It is responsible for the civilian space program, as well as aeronautics and aerospace research. Its vision is "To discover and expand knowledge for the benefit of humanity." Its core values are "safety, integrity, teamwork, excellence, and inclusion." NASA conducts research, develops technology and launches missions to explore and study Earth, the solar system, and the universe beyond. It also works to advance the state of knowledge in a wide range of scientific fields, including Earth and space science, planetary science, astrophysics, and heliophysics, and it collaborates with private companies and international partners to achieve its goals." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">NASA y la Fundación Heising-Simons.