Sanatçının kahverengi cüce LSR J1835+3259 ve onu çevreleyen radyasyon kuşağı üzerindeki kutup ışığı izlenimi. Kredi: Chuck Carter, Melodie Kao, Heising-Simons Vakfı
Gökbilimciler ilk kez güneş sistemimizin dışında, LSR J1835+3259 adlı kahverengi bir cücenin etrafında bir radyasyon kuşağı keşfettiler. Kuşak, Jüpiter’inkinden 10 milyon kat daha yoğun ve potansiyel olarak yaşanabilir, Dünya boyutunda gezegenlerin keşfinde çok önemli bir adımı temsil ediyor. Keşif, 39 radyo anteninden oluşan küresel bir ağ sayesinde mümkün oldu.
Radyasyon kuşakları, son derece yüksek enerjili elektronlar ve yüklü parçacıklarla dolu bir gezegeni saran halka şeklindeki manyetik yapılardır.
İlk olarak 1958’de Explorer 1 ve 3 uydularıyla Dünya çevresinde keşfedilen radyasyon kuşaklarının artık güneş sisteminde ortak bir özellik olduğu biliniyor: Dünya, Jüpiter, Satürn dahil olmak üzere büyük ölçekli manyetik alanlara sahip tüm gezegenler , Uranüs ve Neptün – onlara sahip olun. Ancak şimdiye kadar güneş sistemimizin dışında hiçbir radyasyon kuşağı net bir şekilde görülmedi.
Eskiden Arizona Eyalet Üniversitesi’nden ve şu anda University of Arizona State University’de 51 Pegasi b Üyesi olan Melodie Kao liderliğindeki küçük bir gökbilimciler ekibi. California, Santa Cruz ve aralarında ASU’nun Dünya ve Uzay Araştırmaları Okulu’ndan Profesör Evgenya Shkolnik’in de bulunduğu güneş sistemimizin dışındaki ilk radyasyon kuşağını keşfettiler. Sonuçlar 15 Mayıs’ta Nature dergisinde yayınlandı.
Keşif, Jüpiter’le yaklaşık aynı boyutta olmasına rağmen çok daha büyük olan “kahverengi cüce” LSR J1835+3259 çevresinde yapıldı. daha yoğun. Lyra takımyıldızında sadece 20 ışıkyılı uzaklıkta bulunan, bir yıldız olacak kadar ağır değil ama bir gezegen olamayacak kadar ağır. Radyasyon kuşakları daha önce güneş sistemimizin dışında hiçbir zaman net bir şekilde görülemediğinden, gezegenler dışındaki nesnelerin etrafında bulunup bulunamayacakları bilinmiyordu.
“Bu, bu türden çok daha fazla nesne bulma ve becerilerimizi geliştirme açısından kritik bir ilk adımdır. Uzun yıllardır ötegezegenlerin manyetik alanları ve yaşanabilirliği üzerine çalışan Shkolnik, “Giderek küçülen manyetosferleri aramak, sonunda potansiyel olarak yaşanabilir, Dünya boyutunda gezegenleri incelememizi sağlıyor” dedi.
Bir güneş dışı radyasyon kuşağının ilk görüntüleri, Hawaii’den Almanya’ya kadar tüm dünyayı kapsayan sanal bir teleskop oluşturmak için 39 radyo teleskopu birleştirilerek elde edildi. Kredi: Melodie Kao, Amy Mioduszewski
Bu ekip tarafından keşfedilen radyasyon kuşağı, insan gözüyle görülemese de dev bir yapıdır. Dış çapı en az 18 Jüpiter çapını kapsar ve en parlak iç bölgeler 9 Jüpiter çapıyla ayrılır. Işık hızına yakın hareket eden ve radyo dalga boylarında en parlak şekilde parlayan parçacıklardan oluşan bu yeni keşfedilen güneş dışı radyasyon kuşağı, kendisi Dünya’nınkinden milyonlarca kat daha parlak olan ve herhangi bir güneş enerjisinin en enerjik parçacıklarını sergileyen Jüpiter’inkinden neredeyse 10 milyon kat daha yoğun. sistem gezegeni.
Ekip, artık galaksimizin kara deliğini görüntülemesiyle ünlü bir gözlem tekniğini kullanarak bir yıl boyunca LSR J1835+3259’un manyetosferinde hapsolmuş radyo yayan elektronların üç yüksek çözünürlüklü resmini yakaladı.{ 4}
Ekip, Dünya boyutunda bir teleskop yapmak için Hawaii’den Almanya’ya uzanan 39 radyo çanağını koordine ederek, kahverengi cücenin güneş sisteminin dışında ilk gözlemlenen “manyetosfer” olarak bilinen dinamik manyetik ortamını çözdü. Hatta bu manyetik alanın şeklini, bunun Dünya’nın ve Jüpiter’inki gibi bir çift kutuplu manyetik alan olduğu sonucuna varacak kadar net bir şekilde görebildiler.
“Dünyanın dört bir yanından gelen radyo antenlerini birleştirerek inanılmaz derecede yüksek çözünürlüklü antenler üretebiliriz. hiç kimsenin görmediği şeyleri görmek için resimler. Bucknell Üniversitesi’nden ortak yazar Profesör Jackie Villadsen, “Görüntümüz, Kaliforniya’da Washington D.C.’de dururken bir göz çizelgesinin en üst sırasını okumaya benzer.” bu kahverengi cücenin etrafında bir radyasyon kuşağı bulacaklardı. Ekip 2021’de bu gözlemleri yaptığında, radyo astronomları LSR J1835+3259’un iki tür algılanabilir radyo emisyonu yaydığını zaten gözlemlemişlerdi. Kao’nun kendisi, bir deniz fenerine benzer şekilde periyodik olarak yanıp sönen radyo emisyonunun radyo frekanslarında bir kutup ışığı olduğunu altı yıl önce doğrulayan bir ekipteydi.
Ancak LSR J1835+3259’da ayrıca daha sabit ve daha zayıf radyo emisyonları vardı. Veriler, bu sönük emisyonların yıldız parlamalarından kaynaklanamayacağını ve aslında Jüpiter’in radyasyon kuşaklarına çok benzediğini gösterdi.
Ekibin bulguları, böyle bir olgunun başlangıçta düşünülenden daha evrensel olabileceğini gösteriyor; sadece gezegenlerde değil, aynı zamanda kahverengi cücelerde, düşük kütleli yıldızlarda ve hatta muhtemelen çok yüksek kütleli yıldızlarda.
Bir gezegenin manyetik alanının etrafındaki bölge, yani manyetosfer, Dünya’nınki de dahil olmak üzere, gezegenin atmosferini koruyabilir ve yüzeyler güneş ve kozmik yüksek enerjili parçacıkların neden olduğu hasarlardan.
“Ötegezegenlerin yaşanabilirliğini düşündüğümüzde, manyetik alanlarının istikrarlı bir ortamı korumadaki rolü, bunlara ek olarak dikkate alınması gereken bir şeydir. atmosfer ve iklim gibi şeyler,” dedi Kao.
Görünen radyasyon kuşağına ek olarak, araştırmaları bir kutup ışığının (Dünya’nın kuzey ışıklarına benzer) bir kutup ışığına karşı “şekilleri” ve uzamsal konumu arasındaki farkı ortaya çıkardı. güneş sistemimizin dışındaki bir nesneden gelen radyasyon kuşağı.
“Auroralar, manyetik alanın gücünü ölçmek için kullanılabilir, ancak şeklini ölçmek için kullanılamaz. Bu deneyi, kahverengi cüceler ve nihayetinde ötegezegenler üzerindeki manyetik alanların şekillerini değerlendirmek için bir yöntem sergilemek üzere tasarladık” dedi Kao. “Benzetmelerden biri, radyasyon kuşaklarının, güneş sistemimiz olan mahallede yaşayan gezegenlerin ‘avluları’ gibi olduğudur, ancak çiçekler yerine farklı dalga boylarında ve parlaklıklarda parlayan enerjik parçacıklara sahibiz.
“Özel olarak her bir radyasyon kuşağının özellikleri bize o gezegenin enerjik, manyetik ve parçacık kaynakları hakkında bir şeyler söyler: ne kadar hızlı dönüyor, manyetik alanı ne kadar güçlü, güneşe ne kadar yakın yaşıyor, daha fazla parçacık veya halka sağlayabilen uyduları var mı? Onları emecek olan Satürn ve daha fazlası. İlk kez, kahverengi cücelerin ve düşük kütleli yıldızların ne tür “metre”lere sahip olduğunu görebildik. Ötegezegenlerin yaşadığı manyetosferik avlular hakkında bilgi edinebileceğimiz gün için heyecanlıyım.”
Referans: “Çözülmüş görüntüleme, aşırı soğuk bir cücenin etrafındaki radyasyon kuşağını doğruluyor” yazan Melodie M. Kao, Amy J. Mioduszewski , Jackie Villadsen ve Evgenya L. Shkolnik, 15 Mayıs 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-06138-w
Bu çalışma NASA ve Heising tarafından desteklenmektedir. -Simons Vakfı.
Ekip, daha önce ASU’da NASA Hubble Doktora Sonrası Araştırmacısı ve şu anda UC Santa Cruz’da Heising-Simons 51 Pegasi b Üyesi olan Melodie Kao tarafından yönetildi ve yardımcı bilim adamı Amy Mioduszewski’den oluşuyor. Ulusal Radyo Astronomi Gözlemevi’nde, Bucknell Üniversitesi’nde Profesör Jackie Villadsen ve ASU’da Profesör Evgenya Shkolnik. Amerika Birleşik Devletleri’ndeki Ulusal Radyo Astronomi Gözlemevi (NRAO) tarafından yönetilen Karl G. Jansky Çok Büyük Dizini, Çok Uzun Temel Dizini ve Robert C. Byrd Greenbank Teleskobunu ve Max Planck Enstitüsü tarafından işletilen Effelsberg radyo teleskopunu kullandılar. Yüksek Hassasiyet Dizisi için Almanya’da Radyo Astronomi için.