科学家开创了研究系外行星的新方法

荷兰的射电望远镜捕捉到太阳系外行星的栖息地

一组科学家使用荷兰的低频阵列(LOFAR)射电望远镜观察到带有明显极光特征的无线电波，这是由恒星磁场和围绕其运行的行星之间的相互作用引起的。

长期以来，人们一直预测恒星与行星之间的相互作用会产生无线电辐射，但这是天文学家首次能够探测并破译这些信号。这一发现为探索系外行星(围绕其他太阳系恒星运行的行星)周围的环境以及确定它们的可居住性提供了一种新颖而独特的方法。

值得注意的是，西班牙HARPS-N望远镜的后续观测排除了另一种可能性，即相互作用的伴星是另一颗恒星，而不是系外行星。

这项研究发表在《自然·天文学和天体物理学杂志通讯》(ApJL)上。

这一突破主要集中在红矮星上，红矮星是银河系中最丰富的恒星类型，但比我们的太阳小得多，温度也低得多。这意味着一个行星要适合居住，它必须比地球离太阳更近。

红矮星也有比太阳强得多的磁场，这意味着围绕红矮星的宜居行星暴露在强烈的磁场活动中。这会使地球变热，甚至侵蚀大气层。与这一过程相关的无线电辐射是用来探测这些行星和它们的恒星之间相互作用的唯一工具之一。

“行星通过红矮星的强磁场的运动就像一个电动引擎，就像自行车发电机一样，”《自然天文学研究》的主要作者、荷兰射电天文学研究所(ASTRON)的科学家Harish Vedantham说。“这会产生巨大的电流，为恒星上的极光和无线电发射提供能量。”

由于太阳磁场较弱，距离行星较远，所以在太阳系中不会产生类似的电流。然而，木星的卫星木卫一与木星磁场的相互作用产生了类似的明亮的无线电发射，甚至在足够低的频率下比太阳还亮。

“我们从几十年来对木星的无线电观测中获得的知识应用到了这颗恒星上，”ASTRON的博士后研究员、《自然天文学》杂志上那篇论文的合著者乔·卡灵厄姆(Joe Callingham)说。“一个放大版的木星-木卫一一直被预测存在于恒星-行星系统中，我们观测到的发射与理论非常吻合。”

为了确定，天文学家不得不排除另一种可能性——相互作用的天体是一个紧密的双星系统中的两颗恒星，而不是一颗恒星和它的系外行星。该团队使用HARPS-N仪器(高精度径向速度行星搜索器)在位于西班牙拉帕尔马的意大利伽利略望远镜上搜索伴星的特征。

“相互作用的双星也可以发射无线电波，”纽约大学NASA Sagan研究员、ApJL论文的第一作者Benjamin Pope指出。“通过光学观测，我们在无线电数据中寻找伪装成系外行星的伴星的证据。我们非常强烈地排除了这种可能性，所以我们认为最有可能的是一颗地球大小的行星，它太小了，无法用我们的光学仪器探测到。”

该小组现在正集中精力寻找其他恒星的类似辐射。

“我们现在知道几乎每一个红矮星都有类地行星，所以肯定有其他恒星也有类似的发射，”卡灵厄姆说，他也是ApJL论文的合著者。“我们想知道这对我们寻找另一个围绕着另一颗恒星的地球有什么影响。”

“如果我们发现大多数红矮星都是被强烈的恒星风摧毁的，这对它们的宜居性来说是个坏消息，”波普说，他是纽约大学物理系和数据科学中心的成员，也是《自然天文学》那篇论文的合著者。

该小组希望这种探测系外行星的新方法将为了解系外行星的栖息地开辟新的途径。

“长期的目标是确定恒星的磁场活动对系外行星的可居住性有什么影响，而无线电辐射是这个谜题的很大一块，”Vedantham说，他也是ApJL论文的合著者。“我们的工作已经表明，新一代射电望远镜是可行的，让我们走上了一条激动人心的道路。”

论文信息:
“一颗静止的红矮星发出的相干无线电辐射表明了恒星和行星之间的相互作用”发表在2020年2月17日的《自然天文学》杂志上

“没有一个大质量的伴星可以与发出相干辐射的M矮星GJ 1151相媲美”发表在2020年2月17日的《天体物理学杂志通讯》上:
全文引用:Pope et al. 2020, ApJL, 890, L19

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编者按:
成立于1831年，纽约大学是世界上最重要的研究型大学之一，也是美国大学选择性协会的成员之一。纽约大学在纽约、阿布扎比和上海设有授予学位的大学校园，并在伦敦、巴黎、佛罗伦萨、特拉维夫、布宜诺斯艾利斯和阿克拉等地设有11个全球学术中心。纽约大学拥有众多的学院和学院，在艺术和科学、工程、法律、医学、商业、牙科、教育、护理、电影和表演艺术、音乐和艺术工作室、公共管理、社会工作和专业研究等领域开展研究和提供教育。更多信息，请访问www.nyu.edu。

国际洛法望远镜(ILT)由欧洲的无线电天线网络组成，由跨越七个国家的高速光纤网络连接。LOFAR是由ASTRON(荷兰射电天文研究所)设计、建造和运营的，其核心位于荷兰的Exloo。LOFAR的工作原理是将来自10万多个天线偶极子的信号组合在一起，利用强大的计算机处理无线电信号，就好像它形成了一个直径1900公里的“碟形天线”。LOFAR无与伦比的展示了其灵敏度和图像高分辨率的能力(即它的能力非常详细的图像),这样LOFAR的数据档案是世界上最大的天文数据收集和托管SURFsara(荷兰),Forschungszentrum Juelich(德国)和波兹南超级计算中心(波兰)。LOFAR是平方公里阵列(平方公里阵列)的开拓者，平方公里阵列将是世界上最大、最灵敏的射电望远镜。更多信息，请访问www.lofar.org。