Cette illustration montre un Jupiter chaud en orbite si près d'une étoile naine rouge que les champs magnétiques des deux interagissent, produire de l'activité sur l'étoile. Les astrophysiciens ont utilisé cette activité pour calculer les intensités de champ dans quatre systèmes d'étoiles et de planètes chaudes de Jupiter. Crédit :NASA, ESA et A. Schaller (pour STScI)
Les planètes géantes gazeuses en orbite près d'autres étoiles ont de puissants champs magnétiques, plusieurs fois plus fort que notre propre Jupiter, selon une nouvelle étude réalisée par une équipe d'astrophysiciens. C'est la première fois que l'intensité de ces champs est calculée à partir d'observations.
L'équipe, dirigé par Wilson Cauley de l'Université du Colorado, comprend également le professeur agrégé Evgenya Shkolnik de l'École d'exploration de la Terre et de l'espace de l'Université d'État de l'Arizona. Les autres chercheurs sont Joe Llama de la Northern Arizona University et Antonino Lanza de l'Observatoire d'astrophysique de Catane en Italie. Leur rapport a été publié le 22 juillet dans Astronomie de la nature .
"Notre étude est la première à utiliser des signaux observés pour dériver les forces du champ magnétique des exoplanètes, ", explique Shkolnik. "Ces signaux semblent provenir d'interactions entre les champs magnétiques de l'étoile et de la planète en orbite étroite."
De nombreux mondes
Plus de 3, 000 systèmes d'exoplanètes contenant plus de 4, 000 planètes ont été découvertes depuis 1988. Beaucoup de ces systèmes stellaires incluent ce que les astronomes appellent des « Jupiters chauds ». Ce sont des planètes gazeuses massives supposées être comme Jupiter du Soleil mais en orbite autour de leurs étoiles à des distances rapprochées, généralement environ cinq fois le diamètre de l'étoile, soit environ 20 fois la distance de la Lune à la Terre.
De telles planètes voyagent bien à l'intérieur du champ magnétique de leur étoile, où les interactions entre le champ planétaire et le champ stellaire peuvent être continuelles et fortes.
Cette illustration montre un Jupiter chaud en orbite si près d'une étoile naine rouge que les champs magnétiques des deux interagissent, produire de l'activité sur l'étoile. Les astrophysiciens ont utilisé cette activité pour calculer les intensités de champ dans quatre systèmes d'étoiles et de planètes chaudes de Jupiter. Crédit :NASA, ESA et A. Schaller (pour STScI)
Études précédentes, l'équipe dit, ont placé des limites supérieures sur les champs magnétiques des exoplanètes, par exemple à partir d'observations radio ou dérivées purement de la théorie.
"Nous avons combiné les mesures de l'augmentation de l'émission stellaire des interactions magnétiques étoile-planète avec la théorie physique pour calculer les intensités du champ magnétique pour quatre Jupiters chauds, " dit l'auteur principal Cauley.
Les forces du champ magnétique que l'équipe a trouvées vont de 20 à 120 gauss. En comparaison, Le champ magnétique de Jupiter est de 4,3 gauss et l'intensité du champ terrestre n'est que d'un demi-gauss, bien que ce soit assez fort pour orienter les boussoles dans le monde entier.
Activité de déclenchement
Les astrophysiciens ont utilisé des télescopes à Hawaï et en France pour acquérir des observations à haute résolution d'émission de calcium ionisé (Ca II) dans les étoiles mères des quatre Jupiters chauds. L'émission vient d'une étoile chaude, chromosphère chauffée magnétiquement, une fine couche de gaz au-dessus de la surface stellaire plus froide. Les observations ont permis à l'équipe de calculer la quantité d'énergie libérée par l'émission de calcium des étoiles.
Dit Shkolnik, "Nous avons utilisé les estimations de puissance pour calculer les intensités des champs magnétiques des planètes en utilisant une théorie sur la façon dont les champs magnétiques des planètes interagissent avec les champs magnétiques stellaires."
Les Jupiters chauds (points rouges) sont de grosses planètes semblables à notre Jupiter, mais en orbite près de leurs étoiles. Quatre Jupiters chauds ont des intensités de champ magnétique bien supérieures à celle de la Terre, Saturne, Uranus, ou Neptune - ou même Jupiter lui-même. L'échelle de gauche montre l'intensité du champ en gauss, l'échelle du bas montre la distance orbitale de l'étoile en unités astronomiques ; La Terre orbite autour du Soleil à 1 UA. Crédit :Wilson Cauley/Université du Colorado
Cauley explique, "Les champs magnétiques aiment être dans un état de faible énergie. Si vous tordez ou étirez le champ comme un élastique, cela augmente l'énergie stockée dans le champ magnétique. » Les Jupiters chauds orbitent très près de leurs étoiles mères et le champ magnétique de la planète peut donc tordre et étirer le champ magnétique de l'étoile.
"Quand cela arrive, " Cauley dit, "L'énergie peut être libérée lorsque les deux champs se reconnectent, et cela réchauffe l'atmosphère de l'étoile, augmentant l'émission de calcium.
Sonder en profondeur
Les astrophysiciens ont soupçonné que les Jupiters chauds seraient, comme notre propre Jupiter, ont des champs magnétiques produits profondément à l'intérieur d'eux. Les nouvelles observations fournissent la première sonde de la dynamique interne de ces planètes massives.
"Il s'agit de la première estimation de l'intensité du champ magnétique pour ces planètes basée sur des observations, c'est donc un énorme saut dans nos connaissances, ", note Shkolnik. "Cela nous permet de mieux comprendre ce qui se passe à l'intérieur de ces planètes."
Elle ajoute que cela devrait également aider les chercheurs qui modélisent les dynamos internes des Jupiters chauds. "Nous ne savions rien de leurs champs magnétiques - ou de tout autre champ magnétique d'exoplanètes - et maintenant nous avons des estimations pour quatre systèmes réels."
Cette simulation montre comment le champ magnétique d'un Jupiter chaud interagirait avec le champ magnétique de son étoile hôte. La nouvelle étude a révélé que ces interactions sont améliorées car au moins quatre Jupiters chauds ont des intensités de champ magnétique calculées plus grandes qu'on ne le pensait auparavant. Crédit :Antoine Strugarek/CEA Saclay/Université de Montréal
Étonnamment puissant
Les points forts du terrain, l'équipe dit, sont plus grandes que ce à quoi on pourrait s'attendre en considérant uniquement la rotation et l'âge de la planète. La théorie standard de la dynamo des champs magnétiques planétaires prédit des intensités de champ pour les planètes échantillonnées qui sont beaucoup plus petites que ce que l'équipe a trouvé.
Au lieu, les observations soutiennent l'idée que les champs magnétiques planétaires dépendent de la quantité de chaleur se déplaçant à l'intérieur de la planète. Parce qu'ils absorbent beaucoup d'énergie supplémentaire de leurs étoiles hôtes, Les Jupiters chauds devraient avoir des champs magnétiques plus importants que les planètes de masse et de vitesse de rotation similaires.
"Nous sommes ravis de voir à quel point l'amplitude des valeurs de champ correspondait à celles prédites par la théorie du flux de chaleur interne, ", dit Shkolnik. "Cela peut également nous aider à mieux comprendre les champs magnétiques autour des planètes rocheuses tempérées."
