天文学家观察到太阳系外的第一条辐射带

天文学家描述了在我们太阳系外观测到的第一条辐射带，使用从夏威夷到德国的 39 个射电天线的协调阵列来获取高分辨率图像。超冷矮星持续、强烈的射电辐射图像显示，该物体强大的磁场中存在一团高能电子，形成类似于木星辐射带射电图像的双叶结构。

“我们实际上是通过观察磁层中的无线电发射等离子体——它的辐射带——对我们目标的磁层进行成像。对于我们太阳系外的气态巨行星来说，这是前所未有的，”加州大学圣克鲁斯分校的博士后研究员 Melodie Kao 说，她是 5 月 15 日在《自然》杂志上发表的一篇关于新发现的论文的 第一作者。

强磁场在称为磁层的行星周围形成一个“磁泡”，它可以捕获粒子并将其加速到接近光速。我们太阳系中所有具有这种磁场的行星，包括地球、木星和其他巨行星，都有由这些被行星磁场捕获的高能带电粒子组成的辐射带。

地球的辐射带，被称为范艾伦辐射带，是磁场从太阳风中捕获的高能粒子的大环形区域。木星带中的大部分粒子来自其卫星 Io 上的火山。如果你能将它们并排放置，Kao 和她的团队所成像的辐射带将比木星的辐射带亮 1000 万倍。

被磁场偏向两极的粒子在与大气相互作用时会产生极光(“北极光”)，高的团队还获得了第一张能够区分物体极光位置及其太阳系外辐射带位置的图像.

在这项研究中拍摄的超冷矮星横跨低质量恒星和大质量褐矮星之间的边界。“虽然恒星和行星的形成可能不同，但它们内部的物理学在连接低质量恒星与褐矮星和气态巨行星的质量连续体的糊状部分中可能非常相似，”Kao 解释道。

她说，表征这类物体的磁场强度和形状在很大程度上是未知领域。利用他们对这些系统和数值模型的理论理解，行星科学家可以预测行星磁场的强度和形状，但他们还没有一种好方法来轻松检验这些预测。

“极光可以用来测量磁场的强度，但不能测量形状。我们设计这个实验是为了展示一种评估褐矮星和最终系外行星磁场形状的方法，”Kao 说。

磁场的强度和形状可能是决定行星宜居性的重要因素。“当我们考虑系外行星的宜居性时，除了大​​气和气候等因素外，它们的磁场在维持稳定环境方面的作用也是需要考虑的因素，”高说。

要产生磁场，行星的内部必须足够热以存在导电流体，在地球的情况下，导电流体是其核心中的铁水。在木星中，导电流体是氢，在如此大的压力下会变成金属。Kao 说，金属氢可能也会在褐矮星中产生磁场，而在恒星内部，导电流体是电离氢。

被称为 LSR J1835+3259 的超冷矮星是 Kao 认为唯一有信心产生解析其辐射带所需的高质量数据的天体。

“既然我们已经确定这种特殊的稳态、低水平无线电发射会在这些物体的大尺度磁场中追踪辐射带，当我们看到这种来自褐矮星的发射——最终来自气体时巨大的系外行星——我们可以更自信地说它们可能有很大的磁场，即使我们的望远镜不够大，看不到它的形状，”Kao 说，并补充说她期待着下一代甚大阵列的出现，目前正由国家射电天文台 (NRAO) 计划，可以拍摄更多的太阳系外辐射带。

亚利桑那州立大学的共同作者 Evgenya Shkolnik 说：“这是寻找更多此类物体并磨练我们的技能以寻找越来越小的磁层的关键的第一步，最终使我们能够研究那些可能适合居住的地球大小的行星，”多年来一直在研究行星的磁场和宜居性。

该团队使用了高灵敏度阵列，该阵列由 NRAO 协调的 39 个射电天线和德国马克斯普朗克射电天文学研究所运营的 Effelsberg 射电望远镜组成。

“通过结合来自世界各地的无线电天线，我们可以制作出令人难以置信的高分辨率图像，让人们看到以前从未见过的东西。我们的形象与站在华盛顿特区时在加利福尼亚阅读视力表的第一行相当，”巴克内尔大学的合著者杰基·维拉德森说。

Kao 强调，这一发现是一项真正的团队努力，在很大程度上依赖于 NRAO 的共同第一作者 Amy Mioduszewski 在规划研究和分析数据方面的观测专业知识，以及 Villadsen 和 Shkolnik 的多波长恒星耀斑专业知识。这项工作得到了 NASA 和 Heising-Simons 基金会的支持。