Ngay cả các ngoại hành tinh của ‘Goldilocks’ cũng cần một ngôi sao hoạt động tốt

Các nhà vật lý thiên văn của Đại học Rice đang làm điều đó, xây dựng một mô hình máy tính để giúp đánh giá xem bầu khí quyển của một ngôi sao tác động đến các hành tinh của nó như thế nào, tốt hơn hay tồi tệ hơn.

Bằng cách thu hẹp các điều kiện để có thể ở được, họ hy vọng sẽ tinh chỉnh việc tìm kiếm các hành tinh có thể ở được. Các nhà thiên văn học hiện nghi ngờ rằng hầu hết hàng tỷ ngôi sao trên bầu trời có ít nhất một hành tinh. Đến nay, các nhà quan sát ở Trái đất đã phát hiện gần 4.000 hành tinh trong số đó.

Tác giả chính và sinh viên tốt nghiệp Rice Alison Farrish và cố vấn nghiên cứu của cô, nhà vật lý mặt trời David Alexander đã dẫn đầu nghiên cứu đầu tiên của nhóm để mô tả môi trường “thời tiết không gian” của các ngôi sao khác ngoài chính chúng ta để xem nó sẽ ảnh hưởng như thế nào đến hoạt động từ trường xung quanh một hành tinh ngoại. Đây là bước đầu tiên trong một dự án do Quỹ khoa học quốc gia tài trợ để khám phá các từ trường xung quanh chính các hành tinh.

Không thể với công nghệ hiện tại để xác định liệu một ngoại hành tinh có từ trường bảo vệ hay không, vì vậy bài viết này tập trung vào cái được gọi là từ trường thiên thạch. Đây là phần mở rộng liên hành tinh của từ trường sao mà ngoại hành tinh sẽ tương tác.

Trong nghiên cứu được công bố trên The Astrophysical Journal , các nhà nghiên cứu mở rộng một mô hình từ trường kết hợp những gì được biết về phương tiện giao thông từ thông năng lượng mặt trời – sự chuyển động của từ trường xung quanh, thông qua và phát ra từ bề mặt của mặt trời – với một loạt của các ngôi sao với mức độ hoạt động từ tính khác nhau. Mô hình này sau đó được sử dụng để tạo ra một mô phỏng từ trường liên hành tinh bao quanh các ngôi sao mô phỏng này.

Bằng cách này họ đã có thể đưa ra giả thuyết môi trường tiềm năng kinh nghiệm của hệ thống hành tinh ngoại như “phổ biến” như Ross 128, Proxima Centauri và Trappist 1, tất cả các sao lùn với các ngoại hành tinh được biết đến.

Không có ngôi sao nào là vẫn còn. Plasma ở bề mặt của nó liên tục bị khuấy động, tạo ra các nhiễu loạn gửi từ trường mạnh (giống như các hạt được nhúng trong gió mặt trời) vào không gian. Từ trường của trái đất giúp biến nó thành một bến cảng an toàn cho sự sống, nhưng liệu đó có phải là trường hợp của bất kỳ ngoại hành tinh nào vẫn được xác định hay không.

Đối với hầu hết mọi người, một hành tinh “vùng có thể ở được” theo truyền thống có nghĩa là nó có nhiệt độ phù hợp với nước lỏng. Nhưng trong các hệ thống cụ thể này, các hành tinh rất gần với các ngôi sao của chúng nên có những cân nhắc khác. Đặc biệt, sự tương tác từ tính trở nên rất quan trọng.

Các hành tinh “Goldilocks” này có thể tận hưởng nhiệt độ và áp suất khí quyển cho phép nước tồn tại nhưng có khả năng quay quá gần các ngôi sao của chúng để thoát khỏi tác động của từ trường mạnh của ngôi sao và bức xạ liên quan.

Tùy thuộc vào vị trí của nó trong từ trường mở rộng của ngôi sao, người ta ước tính rằng một số ngoại hành tinh trong vùng có thể ở được này có thể mất khí quyển chỉ trong 100 triệu năm. Đó là một khoảng thời gian rất ngắn về mặt thiên văn học. Hành tinh có thể có điều kiện nhiệt độ và áp suất phù hợp với môi trường sống và một số dạng sống đơn giản có thể hình thành. Bầu khí quyển sẽ bị tước bỏ và bức xạ trên bề mặt sẽ khá dữ dội

Khi bạn không có bầu khí quyển thì bạn sẽ có tất cả sự phát xạ tia cực tím và tia X từ ngôi sao trên đỉnh phát xạ hạt. Các nhà nghiên cứu muốn hiểu tương tác này tốt hơn và có thể so sánh nó với các quan sát trong tương lai. Và khả năng định hướng và xác định bản chất của những quan sát trong tương lai này sẽ thực sự hữu ích.

Các tham số chính trong mô hình là số Rossby sao, xác định mức độ hoạt động của ngôi sao và bề mặt Alfvén, xác định nơi từ trường của tiểu hành tinh phân tách hiệu quả hình thành sao.

Mô hình của các nhà khoa học cho phép họ tìm hiểu một số đặc điểm chính của hoạt động của một ngôi sao liên quan đến sự xuất hiện và vận chuyển thông lượng trong suốt chu kỳ của sao. Điều này cho phép so sánh trực tiếp với các quan sát hiện đang rất thưa thớt đối với các ngôi sao khác ngoài mặt trời và là phương tiện có khả năng đặc trưng cho một số thuộc tính vật lý quan trọng của ngoại hành tinh thông qua tương tác của chúng với trường sao.

Tất cả các hệ thống hành tinh mà mọi người hiện đang chú ý đến là Ross, Proxima và TRAPPIST đang thu hút sự quan tâm vì chúng có các hành tinh trong vùng có thể ở được nhưng dựa trên tính toán của nhóm các nhà thiên văn học, hầu hết chúng đều nằm trong có nghĩa là bề mặt Alfvén. Điều này tạo ra tiềm năng cho một kết nối từ tính trực tiếp giữa ngôi sao và hành tinh, thứ sẽ thúc đẩy mạnh mẽ hơn sự mất mát của bầu khí quyển hành tinh.

Một hành tinh như vậy quay quanh Proxima Centauri. Ngôi sao có kích thước bằng 1/7 mặt trời và hành tinh này gần gấp 20 lần. Nó tốt cho nhiệt độ nhưng xấu cho điều kiện từ tính.Nhóm nghiên cứu đã tìm thấy một hệ thống đặc biệt trong GJ 3323, một ngôi sao lùn M có chứa hai “siêu Trái đất” được phát hiện vào năm 2017. Một, GJ 3323 b, nằm trong vùng có thể ở của ngôi sao nhưng cũng ở trong bề mặt Alfvén . Mặt khác, GJ 3323 c, quỹ đạo bên ngoài bề mặt Alfvén nhưng không may nằm ngoài vùng có thể ở được.

Các nhà khoa học thận trọng khi không nói có một hệ thống mà tất cả chúng ta đều hào hứng nhưng việc có hai hành tinh có cùng kích thước ở cùng một bên của bề mặt Alfvén có thể chứng minh sự hữu ích, khi các quan sát được cải thiện, trong việc khám phá cách thức từ trường hình thành trong ngoại hành tinh.

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Rice . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. Alison O. Farrish, David Alexander, Mei Maruo, Marc DeRosa, Frank Toffoletto, Anthony M. Sciola. Đặc trưng môi trường từ tính của các hệ thống sao Exoplanet . Tạp chí Vật lý thiên văn , 2019; 885 (1): 51 DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ab4652