Rice University forskare har förbättrade modeller som kan detektera magnetosfärens aktivitet på exoplaneter. Modellerna lägger till data från nattaktivitet som kan öka signalerna med åtminstone en storleksordning. I den här illustrationen, planetens stjärna är uppe till vänster, och regnbågsfläckarna är radioemissionsintensiteterna, de flesta kommer från nattsidan. De vita linjerna är magnetfältslinjer. Kredit:Anthony Sciola/Rice University
Vi kan inte upptäcka dem ännu, men radiosignaler från avlägsna solsystem kan ge värdefull information om deras planeters egenskaper.
En artikel från forskare från Rice University beskriver ett sätt att bättre avgöra vilka exoplaneter som är mest benägna att producera detekterbara signaler baserat på magnetosfärens aktivitet på exoplaneternas tidigare rabatterade nattsidor.
Studien av Rice-alumnen Anthony Sciola, som tog sin Ph.D. i våras och handlades av medförfattaren och rymdplasmafysikern Frank Toffoletto, visar att medan radioutsläpp från exoplaneternas dagsidor verkar maxa ut under hög solaktivitet, de som dyker upp från nattsidan kommer sannolikt att lägga avsevärt till signalen.
Detta intresserar exoplanetsamhället eftersom styrkan hos en given planets magnetosfär indikerar hur väl den skulle vara skyddad från solvinden som strålar ut från dess stjärna, på samma sätt som jordens magnetfält skyddar oss.
Planeter som kretsar inom en stjärnas Guldlockszon, där förhållandena annars kan ge upphov till liv, skulle kunna anses obeboeligt utan bevis på en tillräckligt stark magnetosfär. Magnetisk fältstyrka data skulle också hjälpa till att modellera planetariska interiörer och förstå hur planeter bildas, sa Sciola.
Studien dyker upp i The Astrophysical Journal .
Jordens magnetosfär är inte precis en sfär; det är en kometformad uppsättning fältlinjer som komprimeras mot planetens dagsida och svansar ut i rymden på nattsidan, lämnar virvlar i deras kölvatten, speciellt under solhändelser som koronala massutkastningar. Magnetosfären runt varje planet sänder ut vad vi tolkar som radiovågor, och ju närmare solen en planet kretsar, desto starkare är utsläppen.
Astrofysiker har en ganska bra förståelse för vårt eget systems planetariska magnetosfärer baserat på den radiometriska bodens lag, ett analytiskt verktyg som används för att fastställa ett linjärt förhållande mellan solvinden och radioutsläpp från planeterna i dess väg. På senare år har forskare har försökt tillämpa lagen på exoplanetära system med begränsad framgång.
"Samhället har använt dessa tumregel empiriska modeller baserat på vad vi vet om solsystemet, men det är typ genomsnittligt och utjämnat, " Sa Toffoletto. "En dynamisk modell som inkluderar allt detta taggiga beteende kan innebära att signalen faktiskt är mycket större än vad dessa gamla modeller föreslår. Anthony tar detta och pressar det till dess gränser för att förstå hur signaler från exoplaneter kunde upptäckas."
Rice University doktorand Anthony Sciola, avbildad vid Kaldidalur (Den kalla dalen) på Island, har utvecklat en numerisk modell för att förbättra analysen av radiosignaler från exoplaneter. Även om instrumenten för att erhålla sådana uppgifter ännu inte är tillgängliga, de kan hjälpa till att avgöra vilka planeter som har skyddande magnetosfärer. Kredit:Anthony Sciola/Rice University
Sciola sa att den nuvarande analytiska modellen främst bygger på utsläpp som förväntas komma från en exoplanets polarområde, vad vi ser på jorden som ett norrsken. Den nya studien lägger till en numerisk modell till de som uppskattar utsläppen från polarområdet för att ge en mer komplett bild av utsläppen runt en hel exoplanet.
"Vi lägger till funktioner som bara dyker upp i lägre regioner under riktigt hög solaktivitet, " han sa.
Det visar sig, han sa, att utsläppen på natten inte nödvändigtvis kommer från en enda stor plats, som norrsken runt nordpolen, men från olika delar av magnetosfären. I närvaro av stark solaktivitet, summan av dessa nattställen kan höja planetens totala utsläpp med åtminstone en storleksordning.
"De är väldigt småskaliga och förekommer sporadiskt, men när du summerar dem alla, de kan ha stor effekt, sa Sciola, som fortsätter arbetet vid Johns Hopkins Universitys Applied Physics Laboratory. "Du behöver en numerisk modell för att lösa dessa händelser. För den här studien, Sciola använde Multiscale Atmosphere Geospace Environment (MAGE) som utvecklats av Center for Geospace Storms (CGS) baserat på Applied Physics Laboratory i samarbete med Rice space plasma physics.
"Vi bekräftar i huvudsak den analytiska modellen för mer extrema exoplanetsimuleringar, men lägger till extra detaljer, ", sa han. "Det som är viktigt är att vi uppmärksammar den nuvarande modellens begränsande faktorer men säger att under vissa situationer, du kan få mer utsläpp än vad den begränsande faktorn antyder."
Han noterade att den nya modellen fungerar bäst på exoplanetära system. "Du måste vara riktigt långt borta för att se effekten, " sa han. Det är svårt att säga vad som händer på jorden i global skala; det är som att försöka titta på en film genom att sitta bredvid skärmen. Du får bara en liten bit av det."
Också, radiosignaler från en jordliknande exoplanet kanske aldrig kan detekteras från jordens yta, sa Sciola. "Jordens jonosfär blockerar dem, " sa han. "Det betyder att vi inte ens kan se jordens egna radioutsläpp från marken, även om det är så nära."
Detektering av signaler från exoplaneter kommer att kräva antingen ett komplex av satelliter eller en installation på månens bortre sida. "Det skulle vara trevligt, lugn plats att skapa en array som inte kommer att begränsas av jordens jonosfär och atmosfär, sa Sciola.
Han sa att observatörens position i förhållande till exoplaneten också är viktig. "Emissionen är "strålad, "" sa Sciola. "Det är som en fyr:Du kan se ljuset om du är i linje med strålen, men inte om du är direkt ovanför fyren. Så att ha en bättre förståelse för den förväntade vinkeln på signalen kommer att hjälpa observatörer att avgöra om de är i linje för att observera den för en viss exoplanet."
