В определённой точке орбиты и звёздного цикла хромосфера звезды становится ярче

Изображение планеты, вращающейся вблизи своей звезды, с множеством силовых линий, окружающих обе небесные тела.

На протяжении большей части истории человечества наше представление о близко расположенной к звезде планете определялось орбитой Меркурия с его 88-дневным периодом обращения и бесплодной, раскалённой поверхностью. Но с того момента, как мы начали открывать экзопланеты, стало совершенно ясно, что наша собственная Солнечная система — это отнюдь не ориентир для остальной части галактики. Планеты с периодом обращения всего в несколько дней встречаются удивительно часто, а близость к звезде приводит к явлениям, которые с нашей точки зрения кажутся причудливыми: металлические пары в атмосфере или атмосферы, раздутые до нелепо низкой плотности.

Теперь, по-видимому, мы можем добавить в этот список ещё одну странность: пересекающиеся магнитные поля. Исследователи обнаружили систему «звезда-планета», в которой наблюдается периодическое усиление яркости, которое можно объяснить взаимодействием магнитных полей обоих тел.

В поисках закономерности

Это один из тех случаев, когда теория предшествовала открытию. Учёные уже выдвигали гипотезу, что планета, вращающаяся близко к своей звезде, может взаимодействовать с ней определённым образом, если её магнитное поле будет достаточно сильным. И в ряде случаев исследователи находили доказательства того, что это действительно происходит. Среди них выделяется один пример с чрезвычайно молодой звездой, испускающей вспышки, по-видимому, в ответ на движение по орбите своей самой внутренней планеты.

Международная группа учёных подготовила наиболее полное исследование вспышек на звезде, вокруг которой обращается близко расположенная планета. Сама звезда носит название GJ 436 — это красный карлик, масса которого составляет половину массы Солнца, и который находится на расстоянии около 30 световых лет от Земли. У неё есть одна известная экзопланета, масса которой примерно в четыре раза превышает массу Земли, и которая совершает полный оборот вокруг звезды всего за 2,6 дня.

Учёные сосредоточили внимание на хромосфере — тонком слое у поверхности звезды, излучение которого определяется относительно небольшим количеством ионов и на которое, как известно, влияет магнитная среда звезды. В качестве индикатора активности в хромосфере исследователи использовали специфическое излучение ионов водорода и кальция.

Мы наблюдаем за GJ 436 уже много лет, поэтому у команды было огромное количество архивных данных для анализа. Команда искала периодические колебания в излучениях на соответствующих длинах волн как потенциальный признак колебаний магнитного воздействия. Они обнаружили одно такое колебание, период которого примерно совпадал с периодом обращения планеты, что позволяет предположить, что магнитные взаимодействия либо ограничивались одной конкретной орбитальной конфигурацией, либо достигали пика именно в ней.

Почему сигнал не совпал точно с орбитой планеты? Созданная ими модель помогает объяснить это, учитывая также такие факторы, как вращение звезды, неравномерное распределение активности по поверхности звезды, а также тот факт, что ось вращения планеты (а значит, и её магнитное поле), вероятно, не является строго перпендикулярной плоскости её орбиты. Учитывая все эти факторы, можно понять, как все эти детали могут генерировать сигнал, который отстаёт от орбитального периода на несколько часов.

Появляется и исчезает

Однако были и другие странности. Одна из них заключается в том, что нет признаков повышенной активности со стороны различных других элементов, которые, как считается, присутствуют в хромосфере большинства звёзд. Однако исследователи отмечают, что сама хромосфера состоит из нескольких слоёв, и выдвигают гипотезу, что наблюдаемый ими сигнал исходит из нижних слоёв хромосферы.

Второй проблемой было то, что в некоторых наблюдениях периодических сигналов не было вовсе. Однако, поскольку у нас имеется достаточно архивных данных наблюдений, исследователи смогли отследить, когда сигнал появлялся и исчезал. И им удалось обнаружить в этом периодичность, которая точно совпадала с циклической активностью звезды (такие циклы есть у многих звёзд, например у нашего Солнца).

Исследователи предполагают, что во время высокой звёздной активности сигнал, связанный с магнитным воздействием планеты, заглушается. В периоды низкой активности, по их мнению, активности просто недостаточно для усиления магнитных взаимодействий. Таким образом, они полагают, что усиленное излучение хромосферы наблюдается только при средних уровнях звёздной активности.

Как вообще проявляется магнитное воздействие на звезду? Исследователи рассматривают ряд теоретических моделей, но единственная из них, которая генерирует достаточно энергии в хромосфере, — это модель, в которой петли магнитного поля соединяют магнитные поля планеты и звезды. Эта модель позволяет им оценить силу магнитного поля планеты как минимум в 6 гауссов, что более чем в 10 раз превышает силу магнитного поля Земли.

Хотя всё это может показаться немного экстремальным, это не особенно необычно даже в нашей Солнечной системе. Напряжённость магнитного поля схожа с напряжённостью магнитного поля Юпитера, а магнитосфера Нептуна простирается на гораздо большие расстояния, чем расстояние между GJ 436 и её планетой.

Как мы отмечали выше, это самое подробное исследование вспышек магнитного происхождения в экзосолнечной системе, но далеко не первое. И существуют сотни других систем с близко расположенными планетами, которые мы ещё можем изучить. Так что со временем измерения магнитных полей экзопланет могут стать обычным явлением.

Планета вращается настолько близко к звезде, что их магнитные поля соединились