Zarejestrowali radiowy sygnał zorzy polarnej na egzoplanecie

Astronomowie donoszą o pierwszym sygnale radiowym, jaki udało się jednoznacznie przypisać egzoplanecie, a nie jej gwieździe

Naukowcy przez dekady próbowali złapać radiowy szept planet krążących wokół innych gwiazd, ale sygnał zawsze ginął w silniejszym sygnale radiowym samej gwiazdy. Teraz zespół amerykańskich astronomów donosi, że przełamał tę barierę: z pomocą południowoafrykańskiego radioteleskopu MeerKAT zarejestrował fale radiowe, które można jednoznacznie przypisać gazowemu olbrzymowi Beta Pictoris b, a nie jego gwieździe macierzystej. Jeśli wynik potwierdzi się w recenzji naukowej, będzie to pierwszy bezpośredni pomiar pola magnetycznego egzoplanety w historii.

*Wizja artystyczna gazowego olbrzyma Beta Pictoris b na tle jasnej, młodej gwiazdy Beta Pictoris. Źródło: ESO/L. Calçada*

Zorze nie tylko na Ziemi

Zorze polarne znamy przede wszystkim z ziemskiego nieba, ale to zjawisko powszechne w Układzie Słonecznym — obserwowano je również na Jowiszu, Saturnie, Uranie i Neptunie. Powstają, gdy naładowane cząstki poruszają się wzdłuż linii pola magnetycznego planety i pobudzają atomy w górnych warstwach atmosfery do świecenia. Ten sam proces generuje fale radiowe o charakterystycznej cesze: są one silnie spolaryzowane kołowo, czyli kierunek drgań fali obraca się w okręgu w miarę jej rozchodzenia się.

Mechanizm odpowiedzialny za tę emisję nosi nazwę niestabilności masera cyklotronowego elektronów (ang. ECMI). Elektrony poruszające się po spiralnych torach wokół linii pola magnetycznego emitują falę radiową o częstotliwości ściśle zależnej od natężenia tego pola. Im silniejsze pole magnetyczne, tym wyższa częstotliwość emitowanego promieniowania — dlatego pomiar takiego sygnału pozwala bezpośrednio oszacować siłę magnetyzmu planety, bez konieczności odgadywania go z modeli teoretycznych.

Wcześniejsze poszukiwania takich sygnałów u egzoplanet kończyły się niepowodzeniem. Próba z 2022 roku, obejmująca osiem bezpośrednio sfotografowanych olbrzymów, nie przyniosła wykrycia, podobnie jak dedykowane badanie samej Beta Pictoris b w 2024 roku. Problemem było też odróżnienie sygnału planety od radiowej aktywności jej gwiazdy, która często zagłusza słabszy sygnał towarzysza.

Sygnał złapany na gorącym uczynku

Beta Pictoris to młoda gwiazda oddalona o około 63 lata świetlne od Ziemi. Jej układ obserwował czterokrotnie, w latach 2025–2026, zespół w składzie Kevin N. Ortiz Ceballos, Edo Berger (Harvard University) oraz Yvette Cendes (University of Oregon). Instrumentem była sieć 64 anten radioteleskopu MeerKAT w Republice Południowej Afryki, poprzedniczka budowanego obecnie Square Kilometre Array (SKA).

Badacze zarejestrowali gwałtowne, powtarzające się i silnie spolaryzowane rozbłyski, a także emisję o charakterze bardziej ciągłym, w paśmie częstotliwości od 0,85 do 3,5 gigaherca. Wykorzystując pobliskie kwazary jako punkty odniesienia, byli w stanie precyzyjnie zlokalizować źródło sygnału i wykazać, że pochodzi ono od planety, a nie od gwiazdy — znane mechanizmy emisji radiowej u gwiazd typu Beta Pictoris nie tłumaczą bowiem zaobserwowanej charakterystyki sygnału.

Z częstotliwości emisji wynika, że pole magnetyczne Beta Pictoris b wynosi co najmniej 1,25 tysiąca gausów. Dla porównania, pole magnetyczne Ziemi ma zaledwie około pół gausa — magnetyzm egzoplanety byłby więc tysiące razy silniejszy niż ziemski i przewyższałby wszystko, co znamy z naszego Układu Słonecznego. Taki wynik nie byłby zaskoczeniem: Beta Pictoris b ma masę około dziesięciu mas Jowisza, co zbliża ją rozmiarami do brązowych karłów, u których podobnie silne pola magnetyczne obserwowano już wcześniej.

Praca trafiła na serwer preprintów arXiv 15 września i nie przeszła jeszcze recenzji naukowej. Jak zauważa Joe Callingham z Uniwersytetu Amsterdamskiego, niezwiązany z badaniem, ostatecznym potwierdzeniem zjawiska byłoby zaobserwowanie pulsowania sygnału zgodnego z obrotem planety wokół własnej osi — Beta Pictoris b wykonuje pełny obrót w ciągu około ośmiu godzin.

Dlaczego to ważne

Pole magnetyczne planety pełni rolę tarczy — chroni atmosferę przed erozją wywołaną wiatrem gwiazdowym i promieniowaniem, a na Ziemi jest jednym z warunków sprzyjających istnieniu życia na powierzchni. Do tej pory astronomowie mogli jedynie szacować obecność pól magnetycznych u egzoplanet pośrednio, na podstawie modeli teoretycznych. Metoda radiowa, jeśli zostanie potwierdzona, otworzyłaby zupełnie nowe narzędzie do bezpośrednich pomiarów magnetyzmu światów poza Układem Słonecznym.

To również dobra wiadomość dla przyszłych obserwacji. MeerKAT stanie się częścią budowanego Square Kilometre Array — instrumentu o znacznie większej czułości, który powinien umożliwić wykrywanie podobnych sygnałów z jeszcze większej liczby układów planetarnych, w tym potencjalnie mniejszych, skalistych światów.