新方法揭示恒星及系外行星的无线电信号

包括康奈尔大学研究员杰克·特纳在内的一个国际团队，开发出了一种新颖的分析方法，能够从档案无线电天文数据中发现此前无法探测的恒星和系外行星信号。这一创新促使他们发现了来自矮星甚至可能来自系外行星的新型无线电爆发。该分析方法称为多路复用干涉无线电光谱法（RIMS），研究发现部分检测到的信号与恒星-行星相互作用相符。

这项题为《来自恒星和系外行星系统的圆极化无线电爆发的探测》的研究成果，于1月27日发表在《自然天文学》杂志上。

现代无线电望远镜收集海量数据；合成图像被用于研究遥远的星系和黑洞。直到现在，这些档案数据从未被用于逐分钟监测每次观测视野中隐藏的数百颗恒星的可变活动，而这正是RIMS所实现的。该方法将每次无线电观测转化为对数百甚至数千颗恒星的同步巡天，就像一张渔网能捕获许多鱼，而单根钓竿只能钓到一条。

“RIMS利用了观测的每一秒，在天空的数百个方向上同时进行。我们过去逐个源进行的工作，现在可以同时完成，”巴黎天文台研究员、该研究的第一作者西里尔·塔塞说。“没有这项方法，达到同样的探测水平需要近180年的定向观测时间。”

通过将RIMS应用于欧洲LOFAR无线电望远镜作为大型天空巡天LoTSS收集的超过1.4年的数据，团队生成了不少于20万个来自孤立恒星或拥有系外行星的恒星的动态光谱。

RIMS揭示的信号中包括与剧烈恒星事件相符的爆发，类似于太阳日冕物质抛射。

更令人瞩目的是，一些信号展现出磁性恒星-行星相互作用的所有预期特征，这种机制类似于木星某些极光发射的产生方式，研究人员表示。

这些无线电特征可能代表了磁性恒星-系外行星相互作用和系外行星极光的首批有力证据，指向系外行星磁层的可能存在，康奈尔大学天体物理与行星科学中心研究员、卡尔·萨根研究所成员杰克·特纳说。

“我们的结果表明，一些无线电爆发，尤其是来自系外行星系统GJ 687的爆发，与近轨道行星扰动恒星磁场并驱动强烈无线电发射相符。具体而言，我们的模型显示，这些无线电爆发使我们能够对海王星大小的行星GJ 687 b的磁场施加限制，提供了一种罕见的间接方式来研究太阳系外世界的磁场，”特纳说。

“有磁场和无磁场的系外行星在形成、行为和演化上有很大不同。因此，了解行星是否拥有磁场非常重要。更重要的是，磁场可能对维持系外行星的宜居性也至关重要，就像地球一样，”特纳说。

RIMS的突破为低频无线电天文学开辟了新途径，因为RIMS有效地将每个无线电望远镜阵列转变为强大的近邻恒星可变无线电信号探测器。这一新技术已成功应用于法国新建的低频无线电望远镜NenuFAR，并检测到来自一个恒星-行星系统的爆发。该论文由特纳共同撰写，去年发表在《天文学与天体物理学》杂志上。

“这项与NenuFAR的研究可能仅是第二次直接探测到系外行星的无线电发射，继我早前发现的来自牧夫座τ的无线电发射之后，那是首次可能的探测，”特纳说。“我们现在正在进行定向后续观测，以确认这两个信号的行星起源。确认探测将为探测系外行星磁场提供一种强有力的新途径。”

特纳表示，未来的地面、空间及月球无线电望远镜都将能够使用这项新技术，预计将揭示数千个新的无线电信号，为在银河邻域大规模统计探索恒星无线电发射和恒星-行星相互作用铺平道路。