Champ magnétique d'une exoplanète estimé pour la première fois 02.12.2014

Au cours des deux décennies qui ont suivi la découverte de la première planète en dehors du système solaire, les astronomes ont découvert plus de 350 exoplanètes et fait un grand pas dans leur étude. Il y a vingt ans, le grand événement était simplement la découverte d'une nouvelle exoplanète, et maintenant les astrophysiciens étudient la structure et la composition chimique de leurs atmosphères, de leur climat et d'autres caractéristiques. Et dans certains cas, leurs lunes peuvent même être observées.

L'une des caractéristiques importantes des planètes est leur champ magnétique. Il affecte le comportement de l'atmosphère de la planète, car il la protège des effets destructeurs du vent stellaire et interagit avec sa partie ionisée - l'ionosphère et la magnétosphère. De plus, cela peut affecter l'évolution de la planète elle-même.

Les observations directes du champ magnétique des exoplanètes ne sont actuellement pas possibles. Jusqu'à présent, les tentatives de détection de leur émission radio, qui permettrait également d'estimer le champ magnétique, ont également échoué. Cependant, lors de l'étude de la planète HD 209458b, officieusement nommée Osiris, un nuage d'hydrogène atomique chaud a été découvert à l'extérieur de sa magnétosphère, "s'évaporant" de l'atmosphère de la planète sous l'influence d'une étoile.

La taille et la forme de la coquille d'hydrogène sont déterminées par l'interaction entre la sortie de gaz de la planète et le vent stellaire entrant de protons, qui, pour ainsi dire, souffle sur ce nuage. Connaissant les paramètres du nuage d'hydrogène, en utilisant un certain modèle, on peut estimer les paramètres de la magnétosphère et, par conséquent, les paramètres du champ magnétique.

La méthode d'une telle évaluation a été proposée par une équipe internationale de scientifiques, qui comprend des physiciens russes, représentant actuellement l'Institut de recherche spatiale de l'Académie autrichienne des sciences, Kristina Kislyakova (ancienne employée de l'Université d'État de Nizhny Novgorod du nom de N.I. Lobachevsky) et Maxim Khodachenko (également employé du SINP nommé d'après D.V. Skobeltsyn, Université d'État de Moscou). Avec son aide, ils ont pu estimer la magnitude du moment magnétique de la planète HD 209458b. Les résultats de la recherche sont publiés dans la revue Science.

Les scientifiques ont simulé la formation d'un nuage d'hydrogène chaud autour de la planète et ont montré que la configuration observée du nuage correspond à une seule valeur spécifique du moment magnétique et des paramètres du vent stellaire.
Pour rendre le modèle plus précis, les astrophysiciens ont pris en compte un grand nombre de facteurs qui déterminent l'interaction entre le vent stellaire et l'atmosphère de la planète : la soi-disant recharge entre le vent stellaire et les particules atmosphériques neutres et leur ionisation, les effets gravitationnels, la pression , accélération radiative, élargissement de la raie spectrale.

La planète HD 209458b, découverte en 1999 à 150 années-lumière de la Terre, fait partie de plusieurs des exoplanètes les plus étudiées et intensivement étudiées, car c'est l'un des rares objets connus qui peuvent être vus lorsqu'ils traversent le disque de l'étoile. Au même moment, la lumière d'une étoile arrive sur Terre après avoir traversé l'atmosphère de la planète, ce qui permet d'étudier sa structure et sa composition chimique par des méthodes spectrales. Pour les observations, les scientifiques ont utilisé le télescope spatial Hubble.

Des simulations ont montré que la magnétosphère de la planète est relativement petite, environ 2,9 rayons planétaires, ce qui correspond à un moment magnétique de seulement 10 % de celui de Jupiter. Ceci est cohérent avec les estimations préliminaires de l'efficacité de la dynamo planétaire pour cette planète.

Un si petit champ magnétique est dû au fait que l'exoplanète HD 209458b est un Jupiter chaud typique, c'est-à-dire une géante gazeuse avec une masse de l'ordre de Jupiter, mais située beaucoup plus près de l'étoile. Ainsi, l'exoplanète considérée est située à moins de 5 millions de km de l'étoile, soit 100 fois plus près que Jupiter dans le système solaire, et même 10 fois plus près que la planète la plus proche du Soleil, Mercure. Sa période orbitale n'est que de 3,5 jours, sa masse est de 0,7 masse de Jupiter et son rayon est de 1,4 masse de Jupiter.

Comme l'orbite d'une telle planète est très proche de l'étoile, elle subit une forte attraction gravitationnelle qui ralentit la rotation de la planète. Puisque, conformément à la théorie de la dynamo planétaire, la génération d'un champ magnétique est associée à la rotation des noyaux des planètes, la rotation lente de la planète conduit à des champs magnétiques faibles.

Les scientifiques pensent que la méthode qu'ils ont proposée pour estimer le champ magnétique peut être utilisée pour toutes les planètes, y compris celles similaires à la Terre, s'il y a une coquille d'hydrogène à haute énergie autour d'elles. Il convient de noter qu'environ 15 % des exoplanètes sont des Jupiter chauds.