Impresión artística de HAT-P-11b, un exoplaneta que orbita alrededor de su estrella anfitriona a solo una vigésima parte de la distancia de la Tierra al sol. Crédito: Denis Bajram / Universidad de Ginebra

Los investigadores han identificado la primera firma de un campo magnético alrededor de un planeta fuera de nuestro sistema solar. El campo magnético de la Tierra actúa como un escudo contra las partículas energéticas del sol, conocidas como viento solar. Los campos magnéticos pueden realizar funciones similares en otros planetas.

Un equipo internacional de astrónomos utilizó datos del telescopio espacial Hubble para descubrir la firma de un campo magnético en un planeta fuera de nuestro sistema solar. El descubrimiento, descrito en un artículo de la revista Astronomía de la naturaleza, marca la primera vez que se ve una característica de este tipo en un exoplaneta.

Un campo magnético explica mejor las observaciones de una región extendida de partículas de carbono cargadas que rodean el planeta y se alejan de él en una larga cola. Los campos magnéticos juegan un papel crucial en la protección de las atmósferas planetarias, por lo que la capacidad de detectar los campos magnéticos de los exoplanetas es un paso importante hacia una mejor comprensión de cómo podrían ser estos mundos extraterrestres.

El equipo utilizó el Hubble para observar el exoplaneta HAT-P-11b, un NeptunoUn planeta de tamaño reducido a 123 años luz de la Tierra pasa directamente a través de la cara de su estrella anfitriona seis veces en lo que se conoce como «tránsito». Las observaciones se realizaron en el espectro de luz ultravioleta, que está más allá de lo que puede ver el ojo humano.

Hubble ha detectado iones de carbono, partículas cargadas que interactúan con campos magnéticos, alrededor del planeta en lo que se conoce como magnetosfera. La magnetosfera es una región alrededor de un objeto celeste (como la Tierra) que está formada por la interacción del objeto con el viento solar emitido por su estrella anfitriona.

Las observaciones del Hubble de una región extendida de partículas de carbono cargadas que rodean al exoplaneta HAT-P-11b y fluyen en una cola larga se explican mejor por el campo magnético, el primero de estos descubrimientos en un planeta fuera de nuestro sistema solar. El planeta se representa como un pequeño círculo cerca del centro. Los iones de carbono llenan una gran región. En la cola magnética, que no se muestra en toda su longitud, los iones escapan a velocidades promedio observadas de aproximadamente 160.000 km / h. 1 AU es la distancia entre la Tierra y el sol. Crédito: Lotfi Ben-Jaffel / Instituto de Astrofísica, París

«Esta es la primera vez que la firma del campo magnético de un exoplaneta se detecta directamente en un planeta fuera de nuestro sistema solar», dijo Gilda Ballester, profesora asociada de investigación en el Laboratorio Lunar y Planetario de la Universidad de Arizona y una de las coautoras. “Un fuerte campo magnético en un planeta como la Tierra puede proteger su atmósfera y superficie del bombardeo directo de partículas energéticas que componen el viento solar. Estos procesos afectan fuertemente la evolución de la vida en un planeta como la Tierra porque el campo magnético protege a los organismos de estas partículas energéticas. «

El descubrimiento de la magnetosfera HAT-P-11b es un paso significativo hacia una mejor comprensión de la habitabilidad de un exoplaneta. No todos los planetas y lunas de nuestro sistema solar tienen sus propios campos magnéticos, y la conexión entre los campos magnéticos y la habitabilidad de un planeta aún necesita más estudios, según los investigadores.

«HAT-P-11b demostró ser un objetivo muy interesante porque las observaciones del tránsito ultravioleta del Hubble revelaron una magnetosfera, vista como un componente iónico extendido alrededor del planeta y una larga cola de iones que escapan», dijo Ballester, y agregó que esto El método general se puede utilizar para detectar magnetosferas en una variedad de exoplanetas y evaluar su papel en la habitabilidad potencial.

Ballester, investigador principal de uno de los programas del telescopio espacial Hubble que observó HAT-P-11b, contribuyó a la selección de este objetivo específico para estudios ultravioleta. Un descubrimiento importante fue la observación de iones de carbono no solo en una región alrededor del planeta, sino que también se extendían en una larga cola que se alejaba del planeta a velocidades promedio de 160.000 km / h. La cola alcanzó el espacio en al menos 1 unidad astronómica, la distancia entre la Tierra y el sol.

Los investigadores dirigidos por el primer autor del artículo, Lotfi Ben-Jaffel del Instituto de Astrofísica de París, utilizaron simulaciones por computadora en 3D para modelar las interacciones entre las regiones de la atmósfera superior del planeta y el campo magnético con el viento solar entrante.

“Así como el campo magnético de la Tierra y su entorno espacial inmediato interactúan con el viento solar, que consiste en partículas cargadas que viajan a aproximadamente 900,000 mph, existen interacciones entre el campo magnético del HAT-P-11b y su entorno espacial inmediato con el viento solar. de su estrella anfitriona, y esos son muy complejos ”, explicó Ballester.

La física en las magnetosferas de la Tierra y HAT-P-11b es la misma; sin embargo, la proximidad del exoplaneta a su estrella – sólo una vigésima parte de la distancia de la Tierra al sol – hace que su atmósfera superior se caliente y esencialmente «hierva» en el espacio, dando como resultado la formación de la cola magnética.

Los investigadores también encontraron que la metalicidad atmosférica de HAT-P-11b, la cantidad de elementos químicos en un objeto que son más pesados ​​que el hidrógeno y el helio, es menor de lo esperado. En nuestro sistema solar, los planetas gaseosos helados, Neptuno y Urano, son ricos en metales pero tienen campos magnéticos más débiles, mientras que los planetas gaseosos mucho más grandes, Júpiter y Saturno, tienen baja metalicidad y fuertes campos magnéticos. La baja metalicidad atmosférica de HAT-P-11b desafía los modelos actuales de formación de exoplanetas, dicen los autores.

«Aunque la masa de HAT-P-11b es sólo un 8% de la de Júpiter, creemos que el exoplaneta se parece más a un mini-Júpiter que a un Neptuno», dijo Ballester. «La composición atmosférica que vemos en HAT-P-11b sugiere que se necesita hacer más trabajo para refinar las teorías actuales sobre cómo se forman ciertos exoplanetas en general».

Referencia: “Firmas de fuerte magnetización y una atmósfera pobre en metales para un exoplaneta del tamaño de Neptuno” de Lotfi Ben-Jaffel, Gilda E. Ballester, Antonio García Muñoz, Panayotis Lavvas, David K. Sing, Jorge Sanz-Forcada, Ofer Cohen, Tiffany Kataria, Gregory W. Henry, Lars Buchhave, Thomas Mikal-Evans, Hannah R. Wakeford y Mercedes López-Morales, 16 de diciembre de 2021, Astronomía de la naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01505-x

El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre NASA y la Agencia Espacial Europea. Las observaciones se realizaron a través de los siguientes programas: Small HST Program # 14625 dedicado a HAT-P-11b (investigadora principal Gilda E. Ballester) y HST Treasury Program # 14767 llamado PanCET: The Exoplanetary Treasure’s Panchromatic Comparative Program (co-investigadores principales David K . Sing y Mercedes López-Morales).

El artículo, «Firmas de magnetización fuerte y una atmósfera pobre en metales para un exoplaneta del tamaño de Neptuno» se publicó en la edición del 16 de diciembre de Astronomía de la naturaleza. Los coautores, además de Ballester y Ben-Jaffel, son Antonio García Muñoz, Panayotis Lavvas, David K. Sing, Jorge Sanz-Forcada, Ofer Cohen, Tiffany Kataria, Gregory W. Henry, Lars Buchahave, Thomas Mikal-Evans, Hannah R Wakeford y Mercedes López-Morales.