Gökbilimciler Güneş Sistemimizin Ötesinde İlk Radyasyon Kuşağını Buldu

Gökbilimciler ilk kez güneş sistemimizin dışında, LSR J1835+3259 adlı kahverengi bir cücenin etrafında bir radyasyon kuşağı keşfettiler. Kemer, 10 milyon kat daha yoğun Jüpiterpotansiyel olarak yaşanabilir, Dünya boyutunda gezegenlerin keşfinde çok önemli bir adımı temsil ediyor. Keşif, 39 çanak antenden 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: Büyük ölçekli manyetik alanlara sahip tüm gezegenler – Dünya, Jüpiter, Satürn, UranüsVe Neptün – onlara sahip ol. Ancak bugüne kadar güneş sistemimizin dışında hiçbir radyasyon kuşağı net olarak görülmedi.

Eskiden Arizona Eyalet Üniversitesi’nden ve şimdi Santa Cruz’daki California Üniversitesi’nde 51 Pegasi b Üyesi olan Melodie Kao liderliğindeki ve aralarında ASU’nun Dünya ve Uzay Araştırmaları Okulu’ndan Profesör Evgenya Shkolnik’in de bulunduğu küçük bir astronom ekibi keşfetti. güneş sistemimizin dışındaki radyasyon kuşağı. Sonuçlar 15 Mayıs’ta dergide yayınlandı Doğa.

Keşif “kahverengi cüce” etrafında yapıldı. LSR J1835+3259, Jüpiter ile yaklaşık aynı boyutta ama çok daha yoğun. Lyra takımyıldızında sadece 20 ışıkyılı uzaklıkta yer alan bu yıldız, bir yıldız olacak kadar ağır değil ama bir gezegen olamayacak kadar da ağır. Radyasyon kuşakları daha önce güneş sistemimizin dışında hiçbir zaman net bir şekilde görülemediğinden, gezegenler dışındaki nesnelerin etrafında var olup olamayacakları bilinmiyordu.

Manyetik alan üzerine çalışan Shkolnik, “Bu, bu türden çok daha fazla nesne bulma ve giderek daha küçük manyetosferleri arama becerilerimizi geliştirme, sonunda potansiyel olarak yaşanabilir, Dünya boyutunda gezegenleri incelememizi sağlama konusunda kritik bir ilk adımdır” dedi. alanları ve ötegezegenlerin uzun yıllar yaşanabilirliği.

Bir güneş dışı radyasyon kuşağının ilk görüntüleri, Hawaii’den Almanya’ya kadar dünyayı kapsayan sanal bir teleskop oluşturmak için 39 radyo teleskopunun birleştirilmesiyle elde edildi. Kredi bilgileri: 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, bir yıl boyunca LSR J1835+3259’un manyetosferinde hapsolmuş radyo yayan elektronların yüksek çözünürlüklü üç resmini, artık galaksimizin görüntülenmesinde ünlü olan bir gözlem tekniğini kullanarak yakaladı. Kara delik.

Dünya boyutunda bir teleskop yapmak için Hawaii’den Almanya’ya uzanan 39 radyo çanağını koordine ederek ekip, kahverengi cücenin güneş sisteminin dışında ilk gözlemlenen “manyetosfer” olarak bilinen dinamik manyetik ortamını çözdü. Hatta bu manyetik alanın şeklini, muhtemelen Dünya’nın ve Jüpiter’inki gibi bir çift kutuplu manyetik alan olduğu sonucuna varacak kadar net bir şekilde görebiliyorlardı.

“Dünyanın dört bir yanından gelen radyo antenlerini birleştirerek, hiç kimsenin görmediği şeyleri görmek için inanılmaz derecede yüksek çözünürlüklü görüntüler oluşturabiliyoruz. Bucknell Üniversitesi’nden ortak yazar Profesör Jackie Villadsen, “Görüntümüz, Washington DC’de dururken Kaliforniya’daki bir göz çizelgesinin en üst sırasını okumaya benzer” dedi.

Ancak Kao ve ekibi, bu kahverengi cücenin etrafında bir radyasyon kuşağı bulacaklarına dair erken ipuçlarına sahipti. Ekip 2021’de bu gözlemleri yaptığında, radyo astronomları LSR J1835+3259’un iki tür algılanabilir radyo emisyonu yaydığını zaten gözlemlemişlerdi. Kao’nun kendisi de, bir deniz fenerine benzeyen periyodik olarak yanıp sönen radyo emisyonunun radyo frekanslarında bir aurora olduğunu altı yıl önce doğrulayan bir ekipteydi.

Ancak LSR J1835+3259 ayrıca daha sabit ve daha zayıf radyo emisyonlarına sahipti. Veriler, bu sönük emisyonların yıldız parlamalarından gelemeyeceğini ve aslında Jüpiter’in radyasyon kuşaklarına çok benzediğini gösterdi.

Ekibin bulguları, böyle bir olgunun ilk başta düşünülenden daha evrensel olabileceğini, sadece gezegenlerde değil, aynı zamanda kahverengi cücelerde, düşük kütleli yıldızlarda ve hatta muhtemelen çok yüksek kütleli yıldızlarda meydana gelebileceğini gösteriyor.

Bir gezegenin manyetik alanının etrafındaki bölge – manyetosfer – Dünya’nınki de dahil olmak üzere, gezegenin atmosferini ve yüzeylerini güneş ve kozmik yüksek enerjili parçacıkların neden olduğu hasarlardan koruyabilir.

Kao, “Ögegezegenlerin yaşanabilirliğini düşündüğümüzde, atmosfer ve iklim gibi şeylere ek olarak, manyetik alanlarının istikrarlı bir ortamı korumadaki rolü de dikkate alınması gereken bir şeydir” dedi.

Görünen radyasyon kuşağına ek olarak, araştırmaları bir auroranın (Dünya’nın kuzey ışıklarına benzer) “şekilleri” ve uzamsal konumu ile güneş sistemimizin dışındaki bir nesneden gelen radyasyon kuşağı arasındaki farkı ortaya çıkardı.

“Auroralar, manyetik alanın gücünü ölçmek için kullanılabilir, ancak şekli ölçmek için kullanılamaz. Bu deneyi, kahverengi cüceler ve nihayetinde ötegezegenler üzerindeki manyetik alanların şekillerini değerlendirmek için bir yöntem sergilemek üzere tasarladık” dedi Kao. “Bir benzetme, radyasyon kuşaklarının, güneş sistemimiz olan mahallede yaşayan gezegenlerin ‘avluları’ gibi olduğu, ancak çiçekler yerine, farklı dalga boylarında ve parlaklıklarda parlayan enerjik parçacıklara sahip olduğumuzdur.

“Her bir radyasyon kuşağının kendine özgü özellikleri bize o gezegenin enerjik, manyetik ve parçacık kaynakları hakkında bir şeyler anlatıyor: ne kadar hızlı dönüyor, manyetik alanı ne kadar güçlü, güneşe ne kadar yakın yaşıyor, daha fazla parçacık sağlayabilen uyduları var mı?” veya Satürn’ünki gibi onları emecek halkalar ve daha fazlası. İlk kez, kahverengi cücelerin ve düşük kütleli yıldızların ne tür ‘metrelere’ sahip olduğunu görebildik. Ötegezegenlerin yaşadığı manyetosferik avluları öğrenebileceğimiz gün için heyecanlıyım.”

Referans: Melodie M. Kao, Amy J. Mioduszewski, Jackie Villadsen ve Evgenya L. Shkolnik, 15 Mayıs 2023, “Çözülmüş görüntüleme, ultra soğuk bir cücenin etrafındaki bir radyasyon kuşağını doğruluyor”, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-023-06138-w

Bu çalışma tarafından desteklenmektedir NASA ve Heising-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 Ulusal Radyo Astronomi Gözlemevi’nde yardımcı bilim adamı Amy Mioduszewski, Profesör Jackie Villadsen’den oluşuyor. Bucknell Üniversitesi’nde 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.