W końcu zmierzyli pole magnetyczne egzoplanet. Wynik zaskoczył wszystkich

Wyobraź sobie planetę, na której wiatr wieje z prędkością 25 000 km/h – to ponad dwadzieścia razy szybciej niż najsilniejszy huragan na Ziemi. A jednak na innych, jeszcze gorętszych światach, te potężne prądy powietrzne nagle zwalniają. Dlaczego? Odpowiedź kryje się w polu magnetycznym, które właśnie udało się zmierzyć po raz pierwszy w historii.

Gorące jowisze – piekielne światy blisko gwiazd

→ Czytaj też: Czy NASA znalazła już życie na Marsie? Naukowcy: byliśmy zbyt ostrożni

Zespół pod kierownictwem Julii Seidel z Obserwatorium Côte d’Azur we Francji skupił się na siedmiu gorących jowiszach – gazowych olbrzymach podobnych do największej planety Układu Słonecznego, ale orbitujących niezwykle blisko swoich gwiazd. Ze względu na niewielką odległość wszystkie znajdują się w obrocie synchronicznym. Zablokowane przez siły pływowe są zawsze zwrócone do gwiazdy tą samą półkulą. To powoduje, że po stronie dziennej panują temperatury sięgające tysięcy stopni, po stronie nocnej – wieczna lodowata ciemność.

Olbrzymie różnice temperatur generują potężne wiatry. Na najgorętszej z badanych planet – WASP-189b, której temperatura równowagi wynosi około 2640 K – prędkość wiatru sięga 3600 km/h. Na najchłodniejszej – WASP-76b o temperaturze około 2230 K – wiatr osiąga aż 25 000 km/h. Dla porównania najsilniejsze wichury na Jowiszu to zaledwie 1500 km/h.

Paradoks wiatru – im goręcej, tym spokojniej

→ Czytaj też: Odkryto 17 cząsteczek życia wokół młodej gwiazdy. To zmienia wiedzę o początkach Ziemi

Naukowcy spodziewali się prostej zależności: im wyższa temperatura, tym szybszy wiatr. Tymczasem obserwacje pokazały coś dokładnie odwrotnego. „Wyraźnie było widać, że im gorętsza atmosfera, tym spokojniejsza” – czytamy w artykule opublikowanym w Nature Astronomy.

Do pomiarów prędkości wiatru wykorzystano instrumenty ESPRESSO na Bardzo Wielkim Teleskopie (VLT) Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) na pustyni Atacama oraz podobny spektrograf na teleskopie Gemini North na Hawajach. Śledząc przesunięcia Dopplera w liniach widmowych żelaza, które w rozgrzanych do kilku tysięcy stopni atmosferach występuje w formie atomowej, precyzyjnie wyznaczono prędkości atmosferycznych prądów powietrznych.

Magnetyczny hamulec – jak pole magnetyczne spowalnia wiatry

Wyjaśnienie paradoksu leży w fizyce zjonizowanych gazów. W rozżarzonych atmosferach gorących jowiszów żelazo ulega jonizacji, tworząc swobodne elektrony. Te naładowane cząstki silnie oddziałują z polem magnetycznym planety. Pole magnetyczne spowalnia ruch naładowanych cząstek – całość działa jak wielki hamulec elektromagnetyczny, spowalniając całe masy atmosfery. Co więcej, poziom jonizacji rośnie z temperaturą, więc im gorętsza planeta, tym silniejsze hamowanie.

Naukowcy stworzyli modele, które pozwoliły oszacować siłę pól magnetycznych. Okazało się, że dla większości badanych planet wartości sięgały co najwyżej kilka gausów – są więc porównywalne z wynoszącym 4,2 Gs natężeniem pola magnetycznego Jowisza na równiku. To ważny wynik, bo przez lata ścierały się dwie opinie: jedni przewidywali natężenia wynoszące setki gausów, inni mówili o znacznie mniejszych wartościach.

Co to oznacza dla poszukiwania życia?

Odkrycie ma znaczenie wykraczające daleko poza fizykę wiatrów. Pola magnetyczne są jednym z kluczowych czynników decydujących o możliwości istnienia życia na planetach. Chronią atmosfery przed wiatrem gwiazdowym i utratą wody. Zrozumienie, jak silne są te pola na różnych typach egzoplanet, pozwoli bardziej precyzyjnie wskazać planety, na których można poszukiwać życia.

Naukowcy niecierpliwie oczekują uruchomienia Ekstremalnie Wielkiego Teleskopu (ELT) ESO, który pozwoli rozszerzyć podobne analizy na mniejsze, skaliste światy przypominające Ziemię. Być może wkrótce dowiemy się, które z nich mają własną magnetyczną tarczę – i czy któraś z nich może gościć życie.