Astronomie

Serait-il possible de détecter un champ magnétique autour d'une exoplanète ?

Serait-il possible de détecter un champ magnétique autour d'une exoplanète ?

Bien sûr, nous ne pouvons pas faire voler un magnétomètre à côté d'une exoplanète pour mesurer le champ magnétique, mais serait-il possible de trouver des preuves indirectes (par exemple des aurores polaires) d'un champ magnétique généré par une exoplanète ? Cela a-t-il déjà été fait ?


Vous recherchez généralement l'émission synchrotron électronique dans la radio, qui correspond à l'intensité du champ magnétique attendue pour les planètes géantes. Il y a eu une seule détection revendiquée avec LOFAR par Turner et al., (2020) autour $ au$ Bootes, mais c'est très bruyant et donc contesté.

D'autres effets tels que le fractionnement de Zeeman ont été envisagés pour la détection, mais nécessitent des signaux propres et haute résolution des planètes. Jusqu'à présent, cela est trop difficile à réaliser en raison de la contamination stellaire.

Les recherches par champ magnétique autour des naines brunes ont été plus fructueuses, mais ce ne sont bien sûr pas des planètes.


Les champs magnétiques peuvent être mesurés via l'effet Zeeman, donc un changement des raies d'absorption et d'émission dans les spectres - un changement qui dépend de la direction et de la force du champ magnétique. Il s'agit d'une méthode couramment utilisée pour mesurer et cartographier le champ magnétique du Soleil (également ici).

La difficulté de le faire est la précision nécessaire dans les données spectrales de la source et l'ambiguïté si vous échantillonnez sur une large zone où cet effet est également alambiqué avec l'élargissement doppler en raison de zones de cartographie avec des vitesses relatives différentes vers l'observateur. Généralement, l'obtention de données spectrales à haute résolution nécessite beaucoup de lumière ou une longue exposition, les deux pouvant être difficiles à obtenir pour les atmosphères d'exoplanètes. Je ne suis pas au courant des mesures de champ magnétique sur les exoplanètes jusqu'à présent, mais cela pourrait devenir viable à l'avenir. C'est fait pour les étoiles.


Des astronomes détectent une éventuelle émission radio d'une exoplanète

En surveillant le cosmos à l'aide d'un réseau de radiotélescopes, une équipe internationale de scientifiques a détecté des sursauts radio émanant de la constellation de Boötes, qui pourraient être la première émission radio captée d'une planète au-delà de notre système solaire.

L'équipe, dirigée par le chercheur postdoctoral Cornell Jake D. Turner, Philippe Zarka de l'Observatoire de Paris -- Université Paris Sciences et Lettres et Jean-Mathias Griessmeier de l'Université d'Orléans publieront leurs résultats dans la prochaine section de recherche de Astronomie et astrophysique, le 16 décembre.

"Nous présentons l'un des premiers indices de détection d'une exoplanète dans le domaine radio", a déclaré Turner. « Le signal provient du système Tau Boômtes, qui contient une étoile binaire et une exoplanète. Nous plaidons en faveur d'une émission par la planète elle-même. De par la force et la polarisation du signal radio et du champ magnétique de la planète, il est compatible avec prédictions théoriques."

Parmi les co-auteurs se trouve le conseiller postdoctoral de Turner, Ray Jayawardhana, le doyen Harold Tanner du Collège des arts et des sciences et un professeur d'astronomie.

"Si elle est confirmée par des observations de suivi", a déclaré Jayawardhana, "cette détection radio ouvre une nouvelle fenêtre sur les exoplanètes, nous donnant une nouvelle façon d'examiner des mondes extraterrestres à des dizaines d'années-lumière."

En utilisant le Low Frequency Array (LOFAR), un radiotélescope aux Pays-Bas, Turner et ses collègues ont découvert des sursauts d'émission provenant d'un système stellaire hébergeant un Jupiter chaud, une planète géante gazeuse très proche de son propre soleil. Le groupe a également observé d'autres candidats potentiels aux radio-émissions exoplanétaires dans les systèmes 55 Cancri (dans la constellation du Cancer) et Upsilon Andromedae. Seul le système de l'exoplanète Tau Boötes - à environ 51 années-lumière - présentait une signature radio significative, une fenêtre potentielle unique sur le champ magnétique de la planète.

L'observation du champ magnétique d'une exoplanète aide les astronomes à déchiffrer les propriétés intérieures et atmosphériques d'une planète, ainsi que la physique des interactions étoile-planète, a déclaré Turner, membre du Carl Sagan Institute de Cornell.

Le champ magnétique de la Terre la protège des dangers du vent solaire, gardant la planète habitable. "Le champ magnétique des exoplanètes semblables à la Terre peut contribuer à leur possible habitabilité", a déclaré Turner, "en protégeant leur propre atmosphère du vent solaire et des rayons cosmiques, et en protégeant la planète des pertes atmosphériques".

Il y a deux ans, Turner et ses collègues ont examiné la signature d'émission radio de Jupiter et ont mis à l'échelle ces émissions pour imiter les signatures possibles d'une exoplanète lointaine semblable à Jupiter. Ces résultats sont devenus le modèle de recherche des émissions radio des exoplanètes distantes de 40 à 100 années-lumière.

Après avoir étudié près de 100 heures d'observations radio, les chercheurs ont pu trouver la signature chaude attendue de Jupiter à Tau Boötes. "Nous avons appris de notre propre Jupiter à quoi ressemble ce type de détection. Nous sommes allés le chercher et nous l'avons trouvé", a déclaré Turner.

La signature, cependant, est faible. "Il reste une certaine incertitude quant au fait que le signal radio détecté provient de la planète. Le besoin d'observations de suivi est essentiel", a-t-il déclaré.

Turner et son équipe ont déjà commencé une campagne utilisant plusieurs radiotélescopes pour suivre le signal de Tau Boötes.

Outre Turner, Jayawardhana, Griessmeier et Zarka, les co-auteurs sont Laurent Lamy et Baptiste Cecconi de l'Observatoire de Paris, France Joseph Lazio du Jet Propulsion Laboratory de la NASA J. Emilio Enriquez et Imke de Pater de l'Université de Californie, Berkeley Julien N. Girard de l'Université de Rhodes, Grahamstown, Afrique du Sud et Jonathan D. Nichols de l'Université de Leicester, Royaume-Uni.

Turner, qui a jeté les bases de cette recherche tout en obtenant son doctorat à l'Université de Virginie, a reçu un financement de la National Science Foundation.


Des astronomes détectent le premier signal radio potentiel d'une exoplanète

En utilisant le LOFAR (Low-Frequency Array), un radiotélescope aux Pays-Bas, les chercheurs ont découvert des émissions du système stellaire Tau Bootes abritant le Jupiter chaud, une planète géante gazeuse très proche de son propre soleil. En observant l'univers avec un réseau de radiotélescopes, une équipe multinationale de scientifiques a observé des sursauts radio provenant de la constellation de Boötes, qui pourraient être le premier signal radio collecté depuis une planète en dehors de notre système solaire.

Le premier signal radio possible d'un monde extérieur à notre système solaire, provenant d'un système d'exoplanètes situé à environ 51 années-lumière, a été obtenu par une équipe multinationale de scientifiques. L'équipe, dirigée par le chercheur postdoctoral Cornell Jake D. Turner, Philippe Zarka de l'Observatoire de Paris - Université Paris Sciences et Lettres et Jean-Mathias Griessmeier de l'Université d'Orléans, rendra compte de leurs découvertes dans la prochaine section de recherche Astronomy & Astrophysics sur 16 décembre.

Une équipe internationale de scientifiques a capté les premières ondes radio émises par une exoplanète. La planète est un "Jupiter chaud" en orbite autour d'un système stellaire à 40 années-lumière de la Terre.

"Nous présentons l'un des premiers indices de détection d'une exoplanète dans le domaine radio", a déclaré Turner. “Le signal provient du système Tau Boötes, qui contient une étoile binaire et une exoplanète. Nous plaidons en faveur de l'émission par la planète elle-même. De par la force et la polarisation du signal radio et du champ magnétique de la planète, il est compatible avec les prédictions théoriques.

Parmi les co-auteurs figurent Ray Jayawardhana, conseiller postdoctoral de Turner, Harold Tanner Dean du College of Arts and Sciences et professeur d'astronomie. "Si cela est confirmé par des observations de suivi", a déclaré Jayawardhana, "cette détection radio ouvre une nouvelle fenêtre sur les exoplanètes, nous offrant une nouvelle façon d'examiner des mondes extraterrestres à des dizaines d'années-lumière".

En utilisant le Low-Frequency Array (LOFAR), un radiotélescope aux Pays-Bas, Turner et ses collaborateurs ont découvert les émissions d'un système stellaire contenant le Jupiter chaud, une planète géante gazeuse très proche de son propre soleil. Le groupe a trouvé d'autres cibles exoplanétaires possibles d'émissions radio dans les systèmes 55 Cancri (constellation du cancer) et Upsilon Andromedae. Seul le système exoplanétaire de Tau Boötes – à environ 51 années-lumière – possède une signature radio significative, une rare fenêtre possible sur le champ magnétique du monde.

L'observation du champ magnétique de l'exoplanète permet aux astronomes de discerner les propriétés internes et atmosphériques de la planète, ainsi que la mécanique des interactions étoile-planète, a déclaré Turner, membre de l'Institut Carl Sagan de Cornell. Le champ magnétique de la Terre la protège des aléas du vent solaire, rendant la Terre habitable. "Le champ magnétique des exoplanètes semblables à la Terre peut contribuer à leur possible habitabilité", a déclaré Turner, "en protégeant leur propre atmosphère du vent solaire et des rayons cosmiques, et en protégeant la planète des pertes atmosphériques".

Il y a quelques années, Turner et ses collègues ont examiné la signature d'émission radio de Jupiter et ont mis à l'échelle ces émissions pour imiter les signatures possibles d'une exoplanète lointaine semblable à Jupiter. Ces résultats sont devenus le modèle de recherche des émissions radio des exoplanètes distantes de 40 à 100 années-lumière.

Après avoir porté près de 100 heures d'observations radio, les chercheurs ont pu localiser la signature chaude de Jupiter prévue à Tau Boötes. « Nous avons appris de notre propre Jupiter à quoi ressemble ce type de détection. Nous sommes allés le chercher et nous l'avons trouvé », a déclaré Turner. La signature, cependant, est pauvre. « Il reste une certaine incertitude quant au fait que le signal radio détecté provient de la planète. Le besoin d'observations de suivi est essentiel », a-t-il déclaré.

Turner et ses collègues ont déjà lancé une campagne utilisant plusieurs radiotélescopes pour cartographier le signal de Tau Boötes. Outre Turner, Jayawardhana, Griessmeier et Zarka, les co-auteurs sont Laurent Lamy et Baptiste Cecconi de l'Observatoire de Paris, France Joseph Lazio du Jet Propulsion Laboratory de la NASA J. Emilio Enriquez et Imke de Pater de l'Université de Californie, Berkeley Julien N. Girard de l'Université de Rhodes, Grahamstown, Afrique du Sud et Jonathan D. Nichols de l'Université de Californie.

Turner, qui a jeté les bases de cette étude lors de la poursuite de son doctorat à l'Université de Virginie, a obtenu des fonds de la National Science Foundation. Il y a deux ans, Turner et ses collaborateurs ont examiné la signature d'émission radio de Jupiter et ont mis à l'échelle ces émissions pour imiter les signatures potentielles d'une exoplanète lointaine semblable à Jupiter. Ces observations ont servi de modèle pour la quête d'émissions radio d'exoplanètes distantes de 40 à 100 années-lumière.


Les champs magnétiques autour des planètes naines rouges pourraient ne pas être assez forts pour soutenir la vie

Les étoiles de faible masse créent un environnement hostile pour les planètes qui les orbitent, dépouillant probablement leur atmosphère et empêchant la vie, suggère une nouvelle modélisation des explosions stellaires. Cette possibilité a déjà été évoquée, mais d'autres preuves ont été présentées. Les découvertes signifient que les découvertes récentes de planètes semblables à la Terre autour des naines rouges voisines pourraient ne pas être aussi excitantes que nous le pensions.

La plupart des étoiles sont de type M, également appelées naines rouges. Par conséquent, ils éclairent la majorité des planètes où nous pourrions chercher la vie. Dans notre propre voisinage galactique, nous avons trouvé des planètes abondantes dans la soi-disant «zone habitable» autour des naines rouges à environ 40 années-lumière. Les télescopes existants ne peuvent pas en avoir une bonne vue, mais la prochaine génération, en cours de construction en ce moment, pourrait bien être capable de détecter les atmosphères autour de ces mondes.

Néanmoins, il y a eu une mouche dans l'onguent de la corne d'abondance des exoplanètes : la peur que les éjections de masse coronale (CME), auxquelles les étoiles de type M sont particulièrement sujettes, pourraient dépouiller les atmosphères des planètes en orbite assez près de ces étoiles sombres pour ne pas geler. Sans atmosphère, l'eau liquide ne peut pas être maintenue - la glace se sublime directement en vapeur d'eau, qui est emportée par le prochain CME.

Les champs magnétiques planétaires offrent une protection, comme la Terre le fait pour nous, mais les astronomes ont été troublés par la question de savoir quelle devrait être la force d'un champ pour rendre la vie possible autour d'une naine rouge typique. Trop fort, selon Christina Kay, doctorante à l'Université de Boston.

Kay a choisi V374 Pegasi, une étoile de type M à 29 années-lumière, et pas beaucoup plus de la moitié aussi chaude. Son champ magnétique, ses fusées éclairantes et ses CME ont été particulièrement étudiés, mais Kay a déclaré à la réunion nationale d'astronomie du Royaume-Uni qu'elle avait trouvé quelque chose de nouveau.

"Nous pensions que les CME seraient plus puissants et plus fréquents que les CME solaires, mais ce qui était inattendu, c'est où les CME se sont retrouvés", a déclaré Kay dans un communiqué. Elle a découvert que les CME étaient poussés dans une zone connue sous le nom de nappe de courant astrosphérique, à peu près équivalente au plan de l'équateur solaire – et où la plupart des planètes orbitent.

Kay a rapporté dans l'Astrophysical Journal qu'une telle exposition régulière au CME ferait exploser les atmosphères des planètes voisines avec des champs magnétiques similaires à ceux de la Terre. À moins qu'une planète ne soit en orbite si loin qu'elle soit de toute façon recouverte de glace, elle aurait besoin d'un champ magnétique au moins 10, et souvent plusieurs milliers de fois plus fort que celui de la Terre pour retenir son air.

Sans champs magnétiques exceptionnellement puissants, des planètes comme Proxima b et les multiples membres du système TRAPPIST-1 sont susceptibles d'être des terrains vagues détruits. Les efforts pour trouver de la vie ailleurs pourraient devoir se concentrer à nouveau sur des étoiles de masse moyenne plus rares, où les CME sont plus rares et ne se concentrent pas sur le plan planétaire.


1 réponse 1

Il existe certainement de nombreuses façons de détecter un champ magnétique sur une exoplanète. Beaucoup impliquent d'étudier les interactions avec l'étoile d'origine. Vous avez peut-être entendu parler du cas de HD 209458 b. Ici, Kislyakova et al. (2014) ont examiné l'absorption Lyman-$alpha$ autour de la planète, ce qui indique que des atomes neutres se déplacent à des vitesses élevées. Le seul modèle qui expliquait le comportement était un champ magnétique avec un moment magnétique proche de celui de Jupiter, interagissant avec le vent stellaire.

Il existe d'autres signes de la magnétosphère d'une planète. Les électrons voyageant le long des lignes de champ dans la magnétosphère peuvent entraîner des émissions radio provenant du rayonnement cyclotron électronique, qui a été observé dans les géantes gazeuses du système solaire. La détection de ces émissions d'exoplanètes est beaucoup plus délicate, car les signaux seront plus faibles. Cependant, à des distances inférieures à 20 parsecs, cette méthode pourrait être réalisable dans un proche avenir.

Une autre technique possible serait d'essayer d'étudier les chocs d'étrave (voir Vidotto et al. (2010)) provoqués par l'interaction de la magnétosphère de la planète avec le vent stellaire. Ceci - ainsi que les autres méthodes - peut très bien fonctionner lorsque la planète est proche de son étoile d'origine, comme c'est le cas avec Hot Jupiters. Vous pouvez également étudier la perte d'atmosphère sur ces planètes (qui serait influencée par la présence d'un champ magnétique) - ce qui est similaire à ce qui a été fait avec HD 209458.

Il y a aussi le cas curieux de HD 179949 b. En 2004, les astronomes ont remarqué un point chaud à la surface de HD 179949, l'étoile hôte. La tache a la même période que les planètes, et semble être le résultat d'une interaction entre les champs magnétiques de l'exoplanète et de l'étoile. Je ne suis pas au courant d'observations plus récentes de l'endroit, cependant.

Je recommande fortement de jeter un œil au chapitre quatre de ce livre pour un bref résumé des différentes techniques de détection, ainsi qu'une discussion sur les lois d'échelle théoriques.

Il convient également de noter que Barnes et al. (2016) ont créé des modèles qui ont trouvé qu'il est possible pour Proxima Centauri b d'avoir un champ magnétique, bien qu'il n'y ait pas encore de données pour confirmer ou infirmer la possibilité. Barnes lui-même explique cela, ainsi que d'autres problèmes d'habitabilité, sur le site Web Pale Red Dot.

Je suis au courant de deux articles récents (Vedantham et al. 2020, Pope et al. 2020) qui revendiquent une détection indirecte d'une exoplanète en orbite autour de l'étoile GJ 1151 par 1) détectant une émission radio à

150 MHz et 2) excluant les compagnons de $Msin i>5.6M_$ , en théorisant que le signal provient des émissions aurorales dues à la magnétosphère d'une exoplanète. Je pourrai en dire plus à ce sujet une fois que j'aurai bien examiné les documents - et peut-être après que quelqu'un sera capable de faire des observations indépendantes sur le système.


Estimer le champ magnétique d'une exoplanète

Illustration d'un artiste d'une exoplanète géante en évaporation. Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA

Les scientifiques ont développé une nouvelle méthode qui permet d'estimer le champ magnétique d'une exoplanète lointaine, c'est-à-dire une planète, qui est située en dehors du système solaire et orbite autour d'une étoile différente. De plus, ils ont réussi à estimer la valeur du moment magnétique de la planète HD 209458b. Le groupe de scientifiques dont l'un des chercheurs de l'Université d'État de Lomonosov a publié son article dans le La science magazine.

Au cours des deux décennies qui se sont écoulées depuis la découverte de la première planète en dehors du système solaire, les astronomes ont fait de grands progrès dans l'étude de ces objets. Alors qu'il y a 20 ans, un grand événement était même la découverte d'une nouvelle planète, les astronomes sont aujourd'hui capables de considérer leurs lunes, leur atmosphère et leur climat et d'autres caractéristiques similaires à celles des planètes du système solaire. L'une des propriétés importantes des planètes solides et gazeuses est leur champ magnétique possible et sa magnitude. Sur Terre, il protège toutes les créatures vivantes des dangereux rayons cosmiques et aide les animaux à naviguer dans l'espace.

Kristina Kislyakova de l'Institut de recherche spatiale de l'Académie autrichienne des sciences à Graz et un groupe international de physiciens ont pu pour la première fois estimer la valeur du moment magnétique et la forme de la magnétosphère de l'exoplanète HD 209458b. Maxim Khodachenko, chercheur au Département des radiations et des méthodes de calcul de l'Institut de physique nucléaire Skobeltsyn de l'Université d'État Lomonossov de Moscou, est également l'un des auteurs de l'article. Il travaille également à l'Institut de recherche spatiale de l'Académie autrichienne des sciences.

La planète HD 209458b (Osiris) est un Jupiter chaud, environ un tiers plus gros et plus léger que Jupiter. C'est une géante gazeuse chaude en orbite très proche de l'étoile hôte HD 209458. HD 209458b accomplit une révolution autour de l'étoile hôte pendant seulement 3,5 jours terrestres. Elle est connue des astronomes depuis longtemps et est relativement bien étudiée. C'est notamment la première planète où l'atmosphère a été détectée. Par conséquent, pour de nombreux scientifiques, il est devenu un objet modèle pour le développement de leurs hypothèses.

Les scientifiques ont utilisé les observations du télescope spatial Hubble du HD 209458b dans la raie Lyman-alpha de l'hydrogène au moment du transit, lorsque la planète traverse le disque stellaire vu de la Terre. Dans un premier temps, les scientifiques ont étudié l'absorption du rayonnement des étoiles par l'atmosphère de la planète. Par la suite, ils ont pu estimer la forme du nuage de gaz entourant Jupiter chaud et, sur la base de ces résultats, la taille et la configuration de la magnétosphère.

"Nous avons modélisé la formation du nuage d'hydrogène chaud autour de la planète et montré qu'une seule configuration, qui correspond à des valeurs spécifiques du moment magnétique et aux paramètres du vent stellaire, nous a permis de reproduire les observations" - a expliqué Kristina Kislyakova.

Pour rendre le modèle plus précis, les scientifiques ont pris en compte de nombreux facteurs qui définissent l'interaction entre le vent stellaire et l'atmosphère de la planète : ce qu'on appelle l'échange de charge entre le vent stellaire et les particules atmosphériques neutres et leur ionisation, effets gravitationnels, pression, l'accélération du rayonnement et l'élargissement de la raie spectrale.

À l'heure actuelle, les scientifiques pensent que la taille de l'enveloppe d'hydrogène atomique est définie par l'interaction entre les sorties de gaz de la planète et les protons entrants du vent stellaire. Comme pour la Terre, l'interaction de l'atmosphère avec le vent stellaire se produit au-dessus de la magnétosphère. En connaissant les paramètres d'un nuage d'hydrogène atomique, on peut estimer la taille de la magnétosphère au moyen d'un modèle spécifique.

Les mesures directes du champ magnétique des exoplanètes étant actuellement impossibles, les méthodes indirectes sont largement utilisées, par exemple en utilisant les observations radio. Il existe un certain nombre de tentatives pour détecter l'émission radio de la planète HD 209458b. Cependant, en raison des grandes distances, les tentatives pour détecter l'émission radio des exoplanètes ont encore échoué.

« La magnétosphère de la planète était relativement petite, avec seulement 2,9 rayons planétaires correspondant à un moment magnétique de seulement 10 % du moment magnétique de Jupiter », a expliqué Kislyakova, diplômée de l'Université d'État Lobatchevsky de Nijni Novgorod. Selon elle, cela est cohérent avec les estimations de l'efficacité de la dynamo planétaire pour cette planète.

"Cette méthode peut être utilisée pour toutes les planètes, y compris les planètes semblables à la Terre, s'il existe une enveloppe étendue d'hydrogène à haute énergie autour d'elles" - a résumé Maxim Khodachenko.


Des astronomes détectent une éventuelle émission radio d'une exoplanète

Dans ce rendu artistique du système Tau Boötes b, les lignes représentant le champ magnétique invisible sont montrées protégeant la planète chaude Jupiter du vent solaire. Crédit : Jack Madden/Université de Cornell

En surveillant le cosmos avec un réseau de radiotélescopes, une équipe internationale de scientifiques dirigée par l'Université Cornell a détecté des sursauts radio émanant de la constellation de Boötes. Le signal pourrait être la première émission radio captée depuis une planète au-delà de notre système solaire.

L'équipe, dirigée par le chercheur postdoctoral Cornell Jake D. Turner, Philippe Zarka de l'Observatoire de Paris-Université Paris Sciences et Lettres et Jean-Mathias Griessmeier de l'Université d'Orléans ont publié leurs résultats dans la prochaine section de recherche de la revue Astronomie & Astrophysique, le 16 décembre.

"Nous présentons l'un des premiers indices de détection d'une exoplanète dans le domaine radio", a déclaré Turner. "Le signal provient du système Tau Boötes, qui contient une étoile binaire et une exoplanète. Nous plaidons en faveur d'une émission par la planète elle-même. De par la force et la polarisation du signal radio et du champ magnétique de la planète, il est compatible avec prédictions théoriques."

Parmi les co-auteurs se trouve le conseiller postdoctoral de Turner, Ray Jayawardhana, le doyen Harold Tanner du Collège des arts et des sciences de Cornell et un professeur d'astronomie.

"Si elle est confirmée par des observations de suivi", a déclaré Jayawardhana, "cette détection radio ouvre une nouvelle fenêtre sur les exoplanètes, nous donnant une nouvelle façon d'examiner des mondes extraterrestres à des dizaines d'années-lumière."

En utilisant le Low Frequency Array (LOFAR), un radiotélescope aux Pays-Bas, Turner et ses collègues ont découvert des sursauts d'émission provenant d'un système stellaire hébergeant un Jupiter chaud, une planète géante gazeuse très proche de son propre soleil. Le groupe a également observé d'autres candidats potentiels aux radio-émissions exoplanétaires dans les systèmes 55 Cancri (dans la constellation du Cancer) et Upsilon Andromedae. Seul le système de l'exoplanète Tau Boötes—à environ 51 années-lumière—a présenté une signature radio significative, une fenêtre potentielle unique sur le champ magnétique de la planète.

L'observation du champ magnétique d'une exoplanète aide les astronomes à déchiffrer les propriétés intérieures et atmosphériques d'une planète, ainsi que la physique des interactions étoile-planète, a déclaré Turner, membre du Carl Sagan Institute de Cornell.

Le champ magnétique de la Terre la protège des dangers du vent solaire, gardant la planète habitable. "Le champ magnétique des exoplanètes semblables à la Terre peut contribuer à leur possible habitabilité", a déclaré Turner, "en protégeant leur propre atmosphère du vent solaire et des rayons cosmiques, et en protégeant la planète des pertes atmosphériques".

Il y a deux ans, Turner et ses collègues ont examiné la signature d'émission radio de Jupiter et ont mis à l'échelle ces émissions pour imiter les signatures possibles d'une exoplanète lointaine semblable à Jupiter. Ces résultats sont devenus le modèle de recherche des émissions radio des exoplanètes distantes de 40 à 100 années-lumière.

Après avoir étudié près de 100 heures d'observations radio, les chercheurs ont pu trouver la signature chaude attendue de Jupiter à Tau Boötes. "Nous avons appris de notre propre Jupiter à quoi ressemble ce type de détection. Nous sommes allés le chercher et nous l'avons trouvé", a déclaré Turner.

La signature, cependant, est faible. "Il reste une certaine incertitude quant au fait que le signal radio détecté provient de la planète. Le besoin d'observations de suivi est essentiel", a-t-il déclaré.

Turner et son équipe ont déjà commencé une campagne utilisant plusieurs radiotélescopes pour suivre le signal de Tau Boötes.


Le premier signal radio d'une exoplanète vient d'être détecté

Sur les milliers de planètes situées au-delà de notre système solaire (exoplanètes) trouvées depuis 1992, seule une poignée a été directement observée. Dans les rares cas où cela s'est produit, cela s'est produit dans des longueurs d'onde visibles ou presque visibles. Maintenant, cependant, les astronomes ont capté ce qui semble être des ondes radio provenant d'une exoplanète. Avant de faire un saut interplanétaire aux conclusions, non, ce n'est pas un signe d'intelligence extraterrestre. Pourtant, cela pourrait être une étape importante dans la quête de la vie au-delà de la Terre.

À l'œil nu, Tau Boötis ressemble à une étoile très ordinaire qu'il faut s'éloigner des lumières de la ville pour voir. Cependant, à 51 années-lumière et une classification spectrale de F, la plus grande composante de ce système à deux étoiles est l'un de nos plus proches voisins avec une forte ressemblance avec le Soleil, bien qu'un peu plus brillante et de taille plus massive. Outre une naine rouge, le système comprend également l'une des premières exoplanètes découvertes, Tau Boötis b, localisée en 1996.

C'est à partir de la direction de ce système que le Dr Jake Turner de l'Université Cornell a aidé à détecter un signal radio de 14 à 21 mégahertz à l'aide du réseau basse fréquence aux Pays-Bas. « Nous plaidons en faveur d'une émission par la planète elle-même. De par la force et la polarisation du signal radio et du champ magnétique de la planète, il est compatible avec les prédictions théoriques", a déclaré Turner dans un communiqué.

Turner et ses co-auteurs présentent leurs découvertes et les raisons pour lesquelles ils pensent que le signal provient de Tau Boötis b, dans Astronomy and Astrophysics. Ils soutiennent que la nature polarisée circulairement du signal, l'absence d'événements d'éruption sur Tau Boötis A et la nature connue de la planète font qu'il est beaucoup plus probable que le signal provienne de la planète plutôt que de l'étoile. Si c'est le cas, cela indique qu'un champ magnétique très fort est bombardé par le vent stellaire fort de Tau Boötis A.

Turner a étudié les émissions radio de Jupiter et a mis à l'échelle ce qu'il a vu pour une planète distante de 40 à 100 années-lumière, dans l'espoir de savoir quoi chercher. Un bref signal a été détecté du système Upsilon Andromedae, et rien du tout de 55 Cancri, les deux candidats potentiels étudiés en même temps.

Nous pouvons être très confiants que Tau Boötis b n'accueille pas la vie. C'est un classique "Jupiter chaud" - exoplanètes géantes gazeuses similaires à Jupiter qui orbitent beaucoup plus près de leur étoile - six fois plus massive que la plus grande planète de notre système solaire, avec une température estimée à 1 400 °C (2 600 °F). Cependant, le champ magnétique terrestre est très important pour la vie sur Terre, car il a permis à notre planète de conserver son atmosphère en se protégeant du vent solaire. Sans champ magnétique, la vie pourrait ne pas être impossible, mais serait certainement limitée. Si les travaux de Turner sont une introduction à la détection de champs magnétiques autour de planètes plus prometteuses que Tau Boötis b, ils pourraient constituer un grand pas vers l'identification de mondes habitables.

L'institut SETI veut s'assurer que vous ne vous méprenez pas.

Les chercheurs ont d'ailleurs déjà utilisé des ondes radio pour détecter une exoplanète, mais c'était très différent. GJ1151, une naine rouge à 26 années-lumière, a un champ magnétique puissant, qui est perturbé par une planète qui la traverse, produisant des ondes radio. Nous savons que l'exoplanète est là parce que les ondes radio ne peuvent pas vraiment être expliquées autrement, elles ne viennent pas de l'exoplanète elle-même.


Par Blaine Friedlander |

En surveillant le cosmos avec un réseau de radiotélescopes, une équipe internationale de scientifiques a détecté des sursauts radio émanant de la constellation de Boötes – qui pourraient être la première émission radio collectée depuis une planète au-delà de notre système solaire.

L'équipe, dirigée par le chercheur postdoctoral Cornell Jake D. Turner, Philippe Zarka de l'Observatoire de Paris - Université Paris Sciences et Lettres et Jean-Mathias Griessmeier de l'Université d'Orléans publieront leurs résultats dans la prochaine section de recherche d'Astronomy & Astrophysics , le 16 décembre.

"Nous présentons l'un des premiers indices de détection d'une exoplanète dans le domaine radio", a déclaré Turner. « Le signal provient du système Tau Boötes, qui contient une étoile binaire et une exoplanète. Nous plaidons en faveur d'une émission par la planète elle-même. De la force et de la polarisation du signal radio et du champ magnétique de la planète, il est compatible avec les prédictions théoriques.

Parmi les co-auteurs se trouve le conseiller postdoctoral de Turner, Ray Jayawardhana, le doyen Harold Tanner du Collège des arts et des sciences et un professeur d'astronomie.

"Si elle est confirmée par des observations de suivi", a déclaré Jayawardhana, "cette détection radio ouvre une nouvelle fenêtre sur les exoplanètes, nous donnant une nouvelle façon d'examiner des mondes extraterrestres à des dizaines d'années-lumière."

En utilisant le Low Frequency Array (LOFAR), un radiotélescope aux Pays-Bas, Turner et ses collègues ont découvert des sursauts d'émission provenant d'un système stellaire hébergeant ce que l'on appelle Jupiter chaud, une planète géante gazeuse très proche de son propre soleil. Le groupe a également observé d'autres candidats potentiels aux radio-émissions exoplanétaires dans les systèmes 55 Cancri (dans la constellation du Cancer) et Upsilon Andromedae. Seul le système de l'exoplanète Tau Boötes – à environ 51 années-lumière – présentait une signature radio significative, une fenêtre potentielle unique sur le champ magnétique de la planète.

L'observation du champ magnétique d'une exoplanète aide les astronomes à déchiffrer les propriétés intérieures et atmosphériques d'une planète, ainsi que la physique des interactions étoile-planète, a déclaré Turner, membre du Carl Sagan Institute de Cornell.

Le champ magnétique de la Terre la protège des dangers du vent solaire, gardant la planète habitable. "Le champ magnétique des exoplanètes semblables à la Terre peut contribuer à leur possible habitabilité", a déclaré Turner, "en protégeant leur propre atmosphère du vent solaire et des rayons cosmiques, et en protégeant la planète des pertes atmosphériques".

Il y a deux ans, Turner et ses collègues ont examiné la signature d'émission radio de Jupiter et ont mis à l'échelle ces émissions pour imiter les signatures possibles d'une exoplanète lointaine semblable à Jupiter. Those results became the template for searching radio emission from exoplanets 40 to 100 light-years away.

After poring over nearly 100-hours of radio observations, the researchers were able to find the expected hot Jupiter signature in Tau Boötes. “We learned from our own Jupiter what this kind of detection looks like. We went searching for it and we found it,” Turner said.

The signature, though, is weak. “There remains some uncertainty that the detected radio signal is from the planet. The need for follow-up observations is critical,” he said.

Turner and his team have already begun a campaign using multiple radio telescopes to follow up on the signal from Tau Boötes.

In addition to Turner, Jayawardhana, Griessmeier and Zarka, the co-authors are Laurent Lamy and Baptiste Cecconi of the Observatoire de Paris, France Joseph Lazio from NASA’s Jet Propulsion Laboratory J. Emilio Enriquez and Imke de Pater from the University of California, Berkeley Julien N. Girard from Rhodes University, Grahamstown, South Africa and Jonathan D. Nichols from the University of Leicester, United Kingdom.

Turner, who laid the groundwork for this research while earning his doctorate at the University of Virginia, received funding from the National Science Foundation.

By monitoring the cosmos with a radio telescope array, an international team of scientists has detected radio bursts emanating from the constellation Boötes – that could be the first radio emission collected from a planet beyond our solar system. Cornell postdoctoral researcher Jake D. Turner explains the research.


How to estimate the magnetic field of an exoplanet?

Scientists developed a new method which allows to estimate the magnetic field of a distant exoplanet, i.e., a planet, which is located outside the Solar system and orbits a different star. Moreover, they managed to estimate the value of the magnetic moment of the planet HD 209458b.The group of scientists including one of the researchers of the Lomonosov Moscow State University (Russia) published their article in the La science magazine.

In the two decades which passed since the discovery of the first planet outside the Solar system, astronomers have made a great progress in the study of these objects. While 20 years ago a big event was even the discovery of a new planet, nowadays astronomers are able to consider their moons, atmosphere and climate and other characteristics similar to the ones of the planets in the Solar system. One of the important properties of both solid and gaseous planets is their possible magnetic field and its magnitude. On the Earth it protects all the living creatures from the dangerous cosmic rays and helps animals to navigate in space.

Kristina Kislyakova of the Space Research Institute of the Austrian Academy of Sciences in Graz together with an international group of physicists for the first time ever was able to estimate the value of the magnetic moment and the shape of the magnetosphere of the exoplanet HD 209458b. Maxim Khodachenko, a researcher at the Department of Radiation and computational methods of the Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics of the Lomonosov Moscow State University, is also one of the authors of the article. He also works at the Space Research Institute of the Austrian Academy of Sciences.

Planet HD 209458b (Osiris) is a hot Jupiter, approximately one third larger and lighter than Jupiter. It is a hot gaseous giant orbiting very close to the host star HD 209458. HD 209458b accomplishes one revolution around the host star for only 3.5 Earth days. It has been known to astronomers for a long time and is relatively well studied. In particular, it is the first planet where the atmosphere was detected. Therefore, for many scientists it has become a model object for the development of their hypotheses.

Scientists used the observations of the Hubble Space Telescope of the HD 209458b in the hydrogen Lyman-alpha line at the time of transit, when the planet crosses the stellar disc as seen from the Earth. At first, the scientists studied the absorption of the star radiation by the atmosphere of the planet. Afterwards they were able to estimate the shape of the gas cloud surrounding the hot Jupiter, and, based on these results, the size and the configuration of the magnetosphere.

"We modeled the formation of the cloud of hot hydrogen around the planet and showed that only one configuration, which corresponds to specific values of the magnetic moment and the parameters of the stellar wind, allowed us to reproduce the observations" - explained Kristina Kislyakova.

To make the model more accurate, scientists accounted for many factors that define the interaction between the stellar wind and the atmosphere of the planet: so-called charge exchange between the stellar wind and the neutral atmospheric particles and their ionization, gravitational effects, pressure, radiation acceleration, and the spectral line broadening.

At present, scientists believe that the size of the atomic hydrogen envelope is defined by the interaction between the gas outflows from the planet and the incoming stellar wind protons. Similarly to the Earth, the interaction of the atmosphere with the stellar wind occurs above the magnetosphere. By knowing the parameters of an atomic hydrogen cloud, one can estimate the size of the magnetosphere by means of a specific model.

Since direct measurements of the magnetic field of exoplanets are currently impossible, the indirect methods are broadly used, for example, using the radio observations. There exist a number of attempts to detect the radio emission from the planet HD 209458b. However, because of the large distances the attempts to detect the radio emission from exoplanets have yet been unsuccessful.

"The planet's magnetosphere was relatively small beeing only 2.9 planetary radii corresponding to a magnetic moment of only 10% of the magnetic moment of Jupiter" -- explained Kislyakova, a graduate of the Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod. According to her, it is consistent with the estimates of the effectiveness of the planetary dynamo for this planet.

"This method can be used for every planet, including Earth-like planets, if there exist an extended high energetic hydrogen envelope around them" - summarized Maxim Khodachenko.

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