Descubrimiento sin precedentes: los astrónomos encuentran el primer cinturón de radiación más allá de nuestro sistema solar

Por Arizona State UniversityMay 23, 2023

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

For the first time, astronomers have discovered a radiation belt outside our solar system, around a brown dwarf called LSR J1835+3259. The belt is 10 million times more intense than 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 y representa un paso crucial en la exploración de planetas del tamaño de la Tierra potencialmente habitables. El descubrimiento fue posible gracias a una red global de 39 antenas de radio.

Los cinturones de radiación son estructuras magnéticas en forma de rosquilla que envuelven un planeta y que están llenas de electrones de energía extremadamente alta y partículas cargadas.

Originally discovered first around Earth in 1958 with the Explorer 1 and 3 satellites, radiation belts are now known to be a common feature in the solar system: All of the planets with large-scale magnetic fields — including Earth, Jupiter, SaturnSaturn is the sixth planet from the sun and has the second-largest mass in the Solar System. It has a much lower density than Earth but has a much greater volume. Saturn's name comes from the Roman god of wealth and agriculture." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Saturn, UranusUranus is the seventh farthest planet from the sun. It has the third-largest diameter and fourth-highest mass of planets in our solar system. It is classified as an "ice giant" like Neptune. Uranus' name comes from a Latinized version of the Greek god of the sky." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Uranus, and NeptuneNeptune is the farthest planet from the sun. In our solar system, it is the fourth-largest planet by size, and third densest. It is named after the Roman god of the sea." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Neptuno: téngalos. Sin embargo, hasta ahora no se ha visto claramente ningún cinturón de radiación fuera de nuestro sistema solar.

Un pequeño equipo de astrónomos, dirigido por Melodie Kao, anteriormente de la Universidad Estatal de Arizona y ahora miembro de 51 Pegasi b en la Universidad de California, Santa Cruz, y que incluye al profesor Evgenya Shkolnik de la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de ASU, ha descubierto el primer cinturón de radiación fuera de nuestro sistema solar. Los resultados se publicaron el 15 de mayo en la revista Nature.

El descubrimiento se realizó alrededor de la "enana marrón" LSR J1835+3259, que tiene aproximadamente el mismo tamaño que Júpiter pero es mucho más densa. Ubicado a solo 20 años luz de distancia en la constelación de Lyra, no es lo suficientemente pesado para ser una estrella, pero es demasiado pesado para ser un planeta. Debido a que los cinturones de radiación nunca antes habían sido claramente visibles fuera de nuestro sistema solar, se desconocía si podrían existir alrededor de objetos que no fueran planetas.

"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 planetas del tamaño de la Tierra potencialmente habitables", dijo Shkolnik, quien ha estado estudiando el campo magnético. campos y habitabilidad de exoplanetas durante muchos años.

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

Aunque invisible al ojo humano, el cinturón de radiación descubierto por este equipo es una estructura gigante. Su diámetro exterior abarca al menos 18 diámetros de Júpiter, y las regiones internas más brillantes están separadas por 9 diámetros de Júpiter. Hecho de partículas que viajan cerca de la velocidad de la luz y brillan más en longitudes de onda de radio, este cinturón de radiación extrasolar recién descubierto es casi 10 millones de veces más intenso que el de Júpiter, que a su vez es millones de veces más brillante que el de la Tierra y muestra las partículas más energéticas de cualquier solar. planeta del sistema.

The team captured three high-resolution pictures of the radio-emitting electrons trapped in LSR J1835+3259's magnetosphere over the course of a year using an observing technique now famous for imaging our galaxy's black holeA black hole is a place in space where the gravitational field is so strong that not even light can escape it. Astronomers classify black holes into three categories by size: miniature, stellar, and supermassive black holes. Miniature black holes could have a mass smaller than our Sun and supermassive black holes could have a mass equivalent to billions of our Sun." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">agujero negro.

Al coordinar 39 antenas de radio que van desde Hawái hasta Alemania para hacer un telescopio del tamaño de la Tierra, el equipo resolvió el entorno magnético dinámico de la enana marrón, conocido como "magnetosfera", el primero observado fuera del sistema solar. Incluso pudieron ver la forma de este campo magnético con suficiente claridad para inferir que es probable que sea un campo magnético dipolar como el de la Tierra y el de Júpiter.

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

Sin embargo, Kao y su equipo tenían pistas tempranas de que encontrarían un cinturón de radiación alrededor de esta enana marrón. Cuando el equipo realizó estas observaciones en 2021, los radioastrónomos ya habían observado que LSR J1835+3259 emitía dos tipos de emisiones de radio detectables. La propia Kao estaba en un equipo que confirmó seis años antes que su emisión de radio intermitente periódica, similar a un faro, era una aurora en las frecuencias de radio.

Pero LSR J1835+3259 también tuvo emisiones de radio más estables y débiles. Los datos mostraron que estas emisiones más débiles no pueden provenir de erupciones estelares y, de hecho, son muy similares a los cinturones de radiación de Júpiter.

Los hallazgos del equipo sugieren que tal fenómeno podría ser más universal de lo que se pensó inicialmente, ocurriendo no solo en planetas sino también en enanas marrones, estrellas de baja masa y posiblemente incluso estrellas de muy alta masa.

La región alrededor del campo magnético de un planeta, la magnetosfera, incluida la de la Tierra, puede proteger la atmósfera y las superficies del planeta del daño causado por partículas solares y cósmicas de alta energía.

"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.

Además del cinturón de radiación visto, su investigación reveló la diferencia en las "formas" y la ubicación espacial de una aurora (similar a la aurora boreal de la Tierra) frente a un cinturón de radiación de un objeto fuera de nuestro sistema solar.

"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. "Una analogía es que los cinturones de radiación son como los 'patios' de los planetas que viven en el vecindario que es nuestro sistema solar, excepto que en lugar de flores, tenemos partículas energéticas que brillan en diferentes longitudes de onda y brillos.

"Las propiedades particulares de cada cinturón de radiación nos dicen algo sobre los recursos energéticos, magnéticos y de partículas de ese planeta: qué tan rápido está girando, qué tan fuerte es su campo magnético, qué tan cerca vive del sol, si tiene lunas que pueden suministrar más partículas. o anillos como los de Saturno que los absorberán, y más. Por primera vez, podemos ver qué tipo de 'yardas' tienen las enanas marrones y las estrellas de baja masa. Estoy emocionado por el día en que podamos aprender sobre los patios magnetosféricos habitados por exoplanetas".

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

This work is 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.

El equipo fue dirigido por Melodie Kao, ex becaria postdoctoral del Hubble de la NASA en ASU, y actualmente becaria Heising-Simons 51 Pegasi b en UC Santa Cruz, y está formado por Amy Mioduszewski, científica asociada en el Observatorio Nacional de Radioastronomía, la profesora Jackie Villadsen en la Universidad de Bucknell y el profesor Evgenya Shkolnik en ASU. Utilizaron el Karl G. Jansky Very Large Array, el Very Long Baseline Array y el telescopio Robert C. Byrd Greenbank administrado por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) en los Estados Unidos y el radiotelescopio Effelsberg operado por el Instituto Max Planck. de Radioastronomía en Alemania para High Sensitivity Array.