Ett internationellt lag av forskare – med svensk medverkan – har för första gången lyckats mäta styrkan hos magnetfält kring exoplaneter. Denna bedrift kommer från mätningar av vädret på heta gasjättar, det vill säga exoplaneter som liknar Jupiter och Saturnus men är varmare då de är väldigt nära sina stjärnor. Vindhastigheten hos dem påverkas av exoplaneternas magnetfält vilka visade sig ha ungefär samma styrka som motsvarande planeters magnetfält i solsystemet.
Att planeter kan ha magnetfält runt sig är välkänt. Jorden har ett magnetfält som hjälper till med att skydda oss från partikelstrålning från solen och rymden. Gasjättar såsom Jupiter och Saturnus har mycket stora och starka magnetfält runt sig. Däremot har ingen tidigare direkt kunnat mäta styrkan hos magnetfält från exoplaneter, planeter runt andra stjärnor än solen. Istället har andra indirekta fenomen upptäckts, som hur exoplaneter kan påverkas av sin stjärnas magnetfält (se tidigare artikel i Populär Astronomi).
Ett forskarlag lett av Julia Seidel vid Observatoire de la Côte d’Azur i Nice, Frankrike, har synat sju stycken olika exoplaneter runt olika stjärnor med de gigantiska och toppmoderna teleskopen Very Large Telescope (Eso, i Cerro Paranal, Chile) och Geminimi Norh (International Gemini Observatory, på Mauna Kea, Hawai’i, USA). Samtliga exoplaneter klassas som ”heta Jupiterliknade”. De är alltså gasjättar, likt vår egna Jupiter, men de ligger mycket nära sina stjärnor vilket gör dem till extremt varma gasjättar och att de helt säkert har låsta omloppsbanor. Det vore helt enkelt ofysikaliskt annars. Det betyder, i sin tur, att planeterna har ständig dag på en sida och ständig natt på andra sidan. Dagsidan blir extremt het, nattsidan mycket kall och denna temperaturskillnad ger upphov till extrema väder med mycket starka vindar. Studien är publicerad i Nature Astronomy och sammanfattad i ett pressmeddelande från Eso.
Vindhastigheter hos exoplaneter är möjliga att mäta, trots de stora avstånden till andra planetsystem, eftersom dessa teleskops avancerade instrument kan detektera järnförekomst i exoplaneters atmosfärer med hög noggrannhet. Järn har väldigt många spektrala signaturer och kombineras alla dessa signaturer ökar datans precision. Vindhastigheterna hos exoplaneterna mättes till hissnande 2000 till 7000 meter per sekund. Det kan jämföras med att stormbyar på jorden har över 25 meter per sekund, eller att högsta vindhastighet på Jupiter är 420 meter per sekund.
Motsägelsefulla vindhastigheter
– Men vi upptäckte att vindhastigheten minskar snabbt med exoplanetens globala temperatur, vilket är väldigt kontraintuitivt. När du matar in mer energi i ett system förväntar du dig ändå att vindhastigheterna ska öka. Detta säger Bibiana Prinoth, medförfattare till studien, tidigare astronom på Lunds universitet och nu astronom på Esos högkvarter i Garching, Tyskland.
Liknelse går att göra med hur varma hav i tropikerna på jorden ger årliga säsonger av orkaner. Dessa hav värms upp över sommarhalvåret och den energin frigörs sedan som starka stormar. Hos dessa exoplaneter finns det alltså något som saktar in vindarna. Bibiana Prinoth berättar att dessa exoplaneters höga globala temperaturer kan till viss del jonisera gaserna i atmosfärerna. Joniserad gas påverkas av magnetfält och vindhastigheterna kan därför dämpas av exoplanetens inneboende magnetfält – en dämpning som det går att beräkna styrkan på.
– Det är exakt vad vi ser i våra observationer! Minskningen följer nästan perfekt joniseringsgraden [hos atmosfären], berättar Bibiana Prinoth.
Det visar sig att samtliga exoplaneters magnetfälts styrka är jämförbara med de som går att finna hos solsystemets gasjättar: cirka fyra gånger starkare än Saturnus magnetfält och hälften så stark som Jupiters.
Hur säkra är resultaten? Finns det något annat som kan påverka vindarna?
– Älskar frågan! Ja, det finns mycket annat som kan påverka sådana vindar och det har tagit oss lång tid att utesluta dem från den trenden vi såg, svarar Bibiana Prinoth.
Hon berättar att det är speciellt att de har observerat detta hos sju stycken olika exoplaneter, inte bara en. Då går det att jämföra samma fenomen hos olika objekt. Exoplaneterna har liknande egenskaper som att alla är heta gasjättar med låsta omloppsbanor. Detta gör att de kan veta vilken effekt planetens inneboende rotation har på vinden. Sedan har andra effekter på vindarna andra spektrala signaturer som ej syns i dessa data. Däremot är det så att den spektrala signatur de ser från samtliga sju exoplaneter är just en sådan man förväntar sig av en vind som går från den heta dagsidan till den kalla nattsidan.
– Så vad vi såg är att dessa blåförskjutningar [i spektrumen] verkligen är dag-till-natt-vindar och enda sättet vi kunde förklara hastighetsförändringen hos denna population av exoplaneter är genom att åberopa magnetfält.
Mer komplicerat blir det däremot med heta exoplaneter som har mer avlånga omloppsbanor än dessa. Ungefär såsom Merkurius går runt solen.
– Matten förklarar för oss att de sannolikt inte är i låsta banor, utan har en slags super-rotatation, liknande som hur planeten Merkurius gör tre varv runt sin egen axel på samma tid som den kretsar två varv runt solen. Då kan vi nog förvänta oss klart mer ”funky” atmosfärsvindar. Jag hoppas att få observera detta en dag!
Omslagsbild: Konstnärlig illustration av en het gasjätte nära sin stjärna och gasjättens magnetfält. Bild: ESO/M. Kornmesser, L. Calçada
