Протягом багатьох років астрономи прослуховували радіосигнали з планет за межами Сонячної системи. Можливо, вони нарешті розібралися з одним.
Джерелом є Beta Pictoris b, молодий газовий гігант, що знаходиться приблизно в 64 світлових роках від нас. І незважаючи на те, що можуть натякати «радіосигнали з екзопланети», це повідомлення не від прибульців. Схоже, що сигнал надходить від полярного сяйва — тієї самої великої групи магнітних явищ, які створюють прекрасне північне та південне сяйво Землі та потужні радіосплески Юпітера.
Іншими словами, радіосигнал залежить від якихось природних явищ.
Використовуючи масив MeerKAT у Південній Африці, дослідники чотири рази спостерігали за системою Beta Pictoris у 2025 та 2026 роках. Кожного разу вони вловлювали радіовипромінювання, включаючи короткі спалахи, які швидко ставали яскравішими та зникали. Сигнал охоплював широкий діапазон радіочастот і мав особливо показову характеристику: велика його частина була циркулярно поляризованою, тобто радіохвилі спотворювалися в просторі, а не в одному напрямку. Ця модель обертання є ознакою типу радіовипромінювання, створюваного полярними сяйвами навколо сильно намагнічених світів.
Це явище називається нестабільністю електронного циклотронного мазера, або ECMI, коли енергійні електрони, що рухаються в магнітному полі, генерують інтенсивні радіохвилі. Дослідження, опубліковане 15 вересня як препринт arXiv і ще не рецензоване, представляє як перше радіовипромінювання, безпечне розміщення на екзопланеті, так і перше пряме вимірювання напруженості магнітного поля екзопланети.
Підключення сигналу на планеті
Beta Pictoris b є надзвичайно сприятливою ціллю для прийому радіосигналів із глибокого космосу. Це приблизно в 12 разів більше за масу Юпітера та обертається приблизно за 10 астрономічних одиниць від своєї молодої зірки, приблизно на відстані Сатурна від Сонця. Найважливіше те, що планета досить далеко від своєї зірки в небі, щоб MeerKAT міг розрізнити їх за допомогою точних вимірювань.
Раніше астрономи виявили цікаві радіовипромінювання від систем-господарів планет. Але вони не могли точно сказати, чи винна планета чи її зірка.
Цього разу відмінність полягає в тому, що дослідники використовували дев’ять квазарів із положеннями, виміряними Gaia, а також точно встановлений калібратор як фіксовану точку відліку. Порівнюючи положення радіосигналу з точним розташуванням зірки та її планет, дослідники можуть відстежити його аж до самої Бети Живописця b. Сигнал знаходився поруч із планетою b і був досить далеко від зірки та планети c, щоб команда могла виключити їх як джерела.
Радіохвилі також діють як магнітометри. З ECMI пікова частота безпосередньо пов’язана з магнітним полем, у якому виникає випромінювання. Оскільки вибухи сягали 3,5 гігагерц – вище смуги спостереження MeerKAT – поле повинно було становити щонайменше близько 1250 гаусів у місці випромінювання. Площа поверхні Землі становить приблизно половину гауса.
«Це неймовірне, неймовірно сильне магнітне поле, сильніше за будь-що в нашій Сонячній системі», — сказала астроном Іветт Сендес. Новини науки.
А 1250 гаусів – нижня межа. Планета може випромінювати на навіть більш високих частотах, які не охоплюються цими спостереженнями.
Пошук, який завжди був порожнім
Астрономи роками намагалися зафіксувати таке радіосвітіння планети. Пілотний пошук у 2022 році восьми прямих екзопланет у Дуже великому масиві не закінчився. Пошук 2024 року, спеціально націлений на Beta Pictoris b, цього разу між 250 і 500 мегагерцами, не дав нічого. Тим часом спостереження за ультрасонячними карликами вже виявили авроральне радіовипромінювання планети, припускаючи, що планети-гіганти можуть виробляти щось подібне.
Beta Pictoris b може досягти успіху там, де ці пошуки зазнали невдачі, оскільки це магнітна маса. Це полегшує його відрізнити від інших фонових джерел. Він також швидко обертається, раз на вісім-дев’ять годин. Під час одного спостереження MeerKAT перший і третій спалахи відбулися з інтервалом приблизно вісім годин, дуже близько до орбітального періоду планети. Автори припускають, що його швидке обертання створює електричний струм між магнітосферою та верхніми шарами атмосфери, який живить радіополярне сяйво.
Вони також випробували інші можливі двигуни. Випромінювання від зоряного вітру було зменшено приблизно на три порядки від спостережуваної інтенсивності. Тим часом взаємодія з гіпотетичним Місяцем — щось на зразок взаємодії Іо з Юпітером — залишалася більш ніж на порядок слабкою.
Це відкриття не так важливо для спостереження за полярними сяйвами, ніж для нового вікна, яке воно може відкрити для далеких планет. Магнітні поля формують взаємодію атмосфер із зоряними вітрами та передають інформацію про глибокі планетарні процеси. Огляд радіоастрономії екзопланет за 2024 рік описав пряме планетарне радіовипромінювання як одну з видатних цілей цієї галузі.
Команда також ідентифікує сім масивних екзопланет, отриманих безпосередньо на зображенні, у п’яти сусідніх системах, які можна досліджувати за допомогою тієї ж техніки. Дослідники підрахували, що телескопи, приблизно в п’ять-сім разів чутливіші за сучасні інструменти, можуть досягти цих світів.
