Une simulation de transport de flux stellaire, Haut, montre une polarité magnétique positive (blanche) et négative (noire) à la surface d'une étoile. En bas, les lignes de champ magnétique coronal associées montrent des lignes vers l'extérieur (magenta) et vers l'intérieur (vert) qui s'étendent dans l'espace interplanétaire, former le champ magnétique de l'astéréosphère interne, tandis que ceux en noir représentent des lignes fermées avec des extrémités enracinées dans la photosphère stellaire. Des chercheurs de l'Université Rice ont utilisé les modèles pour aider à déterminer que certaines exoplanètes pourraient ne pas être habitables malgré des orbites dans les zones dites « Boucles d'or » autour de leurs étoiles. Crédit : Alexander Group/Rice University
Une exoplanète peut sembler l'endroit idéal pour mettre en place un ménage, mais avant d'y aller, regardez de plus près son étoile.
C'est exactement ce que font les astrophysiciens de l'Université Rice, construire un modèle informatique pour aider à juger de l'impact de la propre atmosphère d'une étoile sur ses planètes, pour le meilleur ou pour le pire.
En réduisant les conditions d'habitabilité, ils espèrent affiner la recherche de planètes potentiellement habitables. Les astronomes soupçonnent désormais que la plupart des milliards d'étoiles dans le ciel ont au moins une planète. À ce jour, Les observateurs terrestres en ont repéré près de 4, 000 d'entre eux.
L'auteur principal et étudiante diplômée de Rice Alison Farrish et son conseiller de recherche, le physicien solaire David Alexander, ont mené la première étude de leur groupe pour caractériser l'environnement de « météo spatiale » d'étoiles autres que la nôtre pour voir comment cela affecterait l'activité magnétique autour d'une exoplanète. C'est la première étape d'un projet financé par la National Science Foundation pour explorer les champs magnétiques autour des planètes elles-mêmes.
"Il est impossible avec la technologie actuelle de déterminer si une exoplanète a un champ magnétique protecteur ou non, cet article se concentre donc sur ce que l'on appelle le champ magnétique astérosphérique, " a déclaré Farrish. " C'est l'extension interplanétaire du champ magnétique stellaire avec lequel l'exoplanète interagirait. "
Dans l'étude publiée dans Le Journal d'Astrophysique , les chercheurs développent un modèle de champ magnétique qui combine ce qui est connu sur le transport du flux magnétique solaire - le mouvement des champs magnétiques autour, à travers et émanant de la surface du soleil - vers un large éventail d'étoiles avec différents niveaux d'activité magnétique. Le modèle est ensuite utilisé pour créer une simulation du champ magnétique interplanétaire entourant ces étoiles simulées.
De cette façon, ils ont pu émettre des hypothèses sur l'environnement potentiel rencontré par des systèmes d'exoplanètes "populaires" comme Ross 128, Proxima Centauri et TRAPPIST 1, toutes les étoiles naines avec des exoplanètes connues.
Aucune étoile n'est jamais immobile. Le plasma à sa surface est en constante barattage, créant des perturbations qui envoient des champs magnétiques puissants (comme ceux intégrés dans le vent solaire du soleil) loin dans l'espace. La magnétosphère de la Terre contribue à en faire un port sûr pour la vie, mais si c'est le cas pour n'importe quelle exoplanète reste à déterminer.
"Pour la plupart des gens, une planète "zone habitable" signifie traditionnellement qu'elle a juste la bonne température pour l'eau liquide, " dit Farrish. " Mais dans ces systèmes spécifiques, les planètes sont si proches de leurs étoiles qu'il y a d'autres considérations. En particulier, l'interaction magnétique devient très importante."
Ces planètes "Goldilocks" peuvent profiter de températures et de pressions atmosphériques qui permettent à l'eau qui donne la vie d'exister, mais orbitent probablement trop près de leurs étoiles pour échapper aux effets des puissants champs magnétiques de l'étoile et du rayonnement associé.
"Selon l'endroit où il se trouve dans le champ magnétique étendu de l'étoile, on estime que certaines de ces exoplanètes de la zone habitable pourraient perdre leur atmosphère en aussi peu que 100 millions d'années, " Alexandre a dit. "C'est un temps vraiment court en termes astronomiques. La planète peut avoir les bonnes conditions de température et de pression pour l'habitabilité, et certaines formes de vie simples pourraient se former, mais c'est tout ce qu'ils vont aller. L'atmosphère serait dépouillé et le rayonnement à la surface serait assez intense.
"Quand tu n'as pas d'ambiance, vous avez maintenant toute l'émission ultraviolette et de rayons X de l'étoile au-dessus de l'émission de particules, ", a-t-il déclaré. "Nous voulons mieux comprendre cette interaction et pouvoir la comparer avec des observations à l'avenir. Et la capacité de diriger et de définir la nature de ces futures observations sera vraiment utile. »
Les paramètres clés du modèle sont le nombre stellaire de Rossby, qui définit l'activité de l'étoile, et la surface d'Alfvén, qui détermine où le champ magnétique astérosphérique se découple efficacement de l'étoile.
"Notre modèle nous permet de définir certaines des caractéristiques clés de l'activité d'une étoile en ce qui concerne l'émergence et le transport de flux au cours d'un cycle stellaire, " dit Alexander. " Cela permet une comparaison directe avec les observations, qui sont actuellement très clairsemées pour les étoiles autres que le soleil, et un moyen par lequel potentiellement caractériser certains des attributs physiques clés des exoplanètes à travers leur interaction avec le champ stellaire. »
"Tous les systèmes planétaires auxquels les gens accordent actuellement beaucoup d'attention—Ross, Proxima et TRAPPIST - suscitent l'intérêt car ils ont des planètes dans leurs zones habitables, mais, d'après nos calculs, la plupart d'entre eux se situent dans la surface moyenne d'Alfvén, " Farrish a déclaré. "Cela crée le potentiel d'une connexion magnétique directe entre l'étoile et la planète qui entraînerait plus fortement la perte de l'atmosphère de la planète."
Une de ces planètes est en orbite autour de Proxima Centauri. "L'étoile fait un septième de la taille du soleil et la planète est 20 fois plus proche, " a dit Alexander. " C'est bon pour la température mais mauvais pour les conditions magnétiques. "
Farrish et Alexander notent que l'équipe a trouvé un système exceptionnel dans GJ 3323, une étoile naine M qui contient deux "super Terres" découvertes en 2017. L'une, GJ 3323b, se situe dans la zone habitable de l'étoile mais aussi bien dans la surface d'Alfvén. L'autre, GJ 3323 c, orbites en dehors de la surface d'Alfvén mais malheureusement bien en dehors de la zone habitable.
"Je fais attention de ne pas dire qu'il y a un système qui nous passionne tous, mais avoir deux planètes de taille similaire du même âge de chaque côté de la surface d'Alfvén pourrait s'avérer utile, lorsque les observations s'améliorent, en explorant comment les champs magnétiques se forment dans les exoplanètes, ", dit Alexandre.
