Новый метод раскрывает радиосигналы звезд и экзопланет

Международная команда, в том числе исследователь из Корнеллского университета Джейк Тернер, разработала новый метод анализа, способный выявлять ранее недоступные сигналы от звезд и экзопланет, скрытые в архивных радионаучных данных. Эта инновация привела к открытию новых радиовсплесков, исходящих от карликовых звезд и, возможно, от экзопланет. Метод анализа, мультиплексная интерферометрическая радиоспектроскопия (RIMS), показал, что некоторые из обнаруженных сигналов соответствуют взаимодействиям между звездой и планетой.

Результаты, озаглавленные «Обнаружение круговой поляризации радиовсплесков от звездных и экзопланетных систем», были опубликованы в журнале Nature Astronomy 27 января.

Современные радиотелескопы собирают колоссальные объемы данных; синтезированные изображения используются для изучения далеких галактик и черных дыр. До сих пор эти архивы никогда не применялись для мониторинга, поминутно, изменчивой активности сотен звезд, скрытых в поле зрения каждого наблюдения, что и позволяет делать RIMS. Метод превращает каждое радионаблюдение в одновременное исследование сотен или даже тысяч звезд, подобно сети, которая ловит много рыбы, тогда как одна удочка поймала бы только одну.

«RIMS использует каждую секунду наблюдения в сотнях направлений по всему небу. То, что раньше мы делали источник за источником, теперь можем делать одновременно», — сказал Сирил Тасс, исследователь Парижской обсерватории и ведущий автор исследования. «Без этого метода потребовалось бы почти 180 лет целенаправленных наблюдений, чтобы достичь того же уровня обнаружения.»

Применяя RIMS к более чем 1,4 годам данных, собранных европейским радиотелескопом LOFAR в рамках крупного обзора неба LoTSS, команда сгенерировала не менее 200 000 динамических спектров от изолированных звезд или звезд с экзопланетами.

Среди сигналов, выявленных RIMS, есть всплески, соответствующие мощным звездным событиям, аналогичным солнечным корональным выбросам массы.

Еще более примечательно, что некоторые сигналы демонстрируют все ожидаемые характеристики магнитных взаимодействий между звездой и планетой — механизма, сравнимого с тем, что вызывает определенные авроральные излучения на Юпитере, отметили исследователи.

Эти радиосигнатуры могут представлять собой одни из первых убедительных доказательств магнитных взаимодействий между звездой и экзопланетой, а также экзопланетных аврор, указывая на вероятное существование магнитосфер экзопланет, сказал Тернер, научный сотрудник Корнеллского центра астрофизики и планетарных наук и член Института Карла Сагана в Колледже искусств и наук.

«Наши результаты показывают, что некоторые радиовсплески, особенно из системы экзопланет GJ 687, соответствуют близкой планете, нарушающей магнитное поле звезды и вызывающей интенсивное радиовозбуждение. В частности, наше моделирование показывает, что эти радиовсплески позволяют нам ограничить магнитное поле планеты размером с Нептун GJ 687 b, что дает редкий косвенный способ изучения магнитных полей на мирах за пределами нашей Солнечной системы», — сказал Тернер.

«Экзопланеты с магнитным полем и без него формируются, ведут себя и эволюционируют очень по-разному. Поэтому крайне важно понять, обладают ли планеты такими полями. И самое главное, магнитные поля могут играть важную роль в поддержании обитаемости экзопланет, как это происходит на Земле», — добавил Тернер.

Прорыв RIMS открывает новый путь для низкочастотной радиастрономии, поскольку RIMS фактически превращает каждую решетку радиотелескопов в мощный детектор переменных радиосигналов от ближайших звезд. Новый метод был успешно применен к новому французскому низкочастотному радиотелескопу NenuFAR и обеспечил обнаружение всплеска от звездно-планетной системы. Эта работа, соавтором которой является Тернер, была опубликована в прошлом году в журнале Astronomy & Astrophysics.

«Это исследование с NenuFAR может представлять собой всего лишь второе в истории прямое обнаружение радиовозбуждения от экзопланеты, после моего предыдущего открытия радиовозбуждения от Tau Boötes, которое было первым возможным обнаружением такого рода», — сказал Тернер. «Сейчас мы проводим целенаправленные последующие наблюдения, чтобы подтвердить планетарное происхождение обоих сигналов. Подтвержденное обнаружение обеспечит мощный новый способ изучения магнитного поля экзопланеты.»

Будущие наземные, космические и лунные радиотелескопы смогут использовать этот новый метод, отметил Тернер, и ожидается, что они обнаружат тысячи новых радиосигналов, открывая путь для масштабных статистических исследований звездных радиовозбуждений и взаимодействий звезда-планета в нашем галактическом окружении.