Polární záře jako nástroj k detekci exoplanet

O polárních zářích se obvykle mluví v souvislosti s optickými úkazy v zemské atmosféře, sluneční činností, jejíž cyklus č. 24 je na postupu, nebo expedicemi do severských zemí za účelem jejich monitorování. O velmi zdařilém videozáznamu polární záře se nedávno psalo na Exoplanety.cz. Že by však polární záře bylo možné využít při hledání exoplanet, je myšlenka zcela nová. Přišel s ní Jonathan Nichols, který působí na Universitě v Leicesteru, na mítinku britské Královské astronomické společnosti v Llandudno ve Walesu.

 

Ačkoli stále objevujeme nové a nové exoplanety, obvykle přitom používáme metody jako radiální rychlosti, tranzitní fotometrii, přímé zobrazení nebo gravitační (mikro)čočky. Nyní přišel Jonathan Nichols (University of Leicester) s návrhem hledat rádiové emise vytvářené polárními zářemi velkých exoplanet, takových, které jsou srovnatelné s Jupiterem nebo ještě hmotnější. Nichols předpokládá, že tyto rádiové emise by mohly být detekovány citlivými radioteleskopy blízké budoucnosti, jako je třeba dokončovaný LOFAR. Návrh byl zveřejněn na mítinku Královské astronomické společnosti v Llandudno ve Walesu.

LOFAR (Low Frequency Array) je příběh sám pro sebe, jedná se o největší radioteleskop, jaký kdy byl zkonstruován. Jeho princip spočívá ve vytvoření rozsáhlého pole asi 7000 malých antén, rozdělených mezi 77 velkých stanic po území Nizozemí, Německa, Velké Británie, Francie a Švédska. Interferometrická data z této rádiové detekční soustavy bude zpracovávat superpočítač na Universitě v Groningenu v Nizozemí. Klíčové je dosáhnout vysoké citlivosti pro rádiové frekvence pod 250 MHz. Dolnofrekvenční mez LOFARu je dokonce jen 10 MHz.

A to mě přivádí zpět do doby mého dětství, kdy jsem pracoval se starým krátkovlnným přijímačem značky Hallicrafters. Četl jsem tehdy, že Jupiter, který je také zdrojem rádiových vln, může přezářit Slunce na vlnových délkách, které právě může zachytit můj přijímač, a dnes víme, že interakce mezi Jupiterem a jeho měsíc Io se mohou stát silným zdrojem rádiové emise, která vychází z magnetických pólů planety v kuželovitých svazcích. Je možné rozlišit podivné šumy — lidé je obvykle popisují jako zvuky stakata nebo jako ťukání datla na stěnu domu, a někdy pomalejší, vzdouvající se zvuky, které evokují představu vln šplouchajících na břeh — a dostat je do přijímače je vzrušující. Článek Detecting Jupiter’s Radio Emissions je dobrý úvod do problematiky příjmu rádiových vln z Jupiteru.

Ale zpět k Nicholsovi, který na mítinku Královské astronomické společnosti prohlásil, že antény LOFARu budou stačit k detekci polárních září exoplanet typu Jupiteru, dokonce i na vzdálenost mnoha světelných let:

“Toto je první studie předpovídající rádiovou emisi exoplanetárního systému podobnou tomu, co nacházíme u Jupiteru nebo Saturnu. U obou planet vidíme, že rádiové vlny souvisejí s polárními zářemi generovanými interakcí s ionizovaným plynem unikajícím z vulkanického měsíce Io (v případě Jupiteru) nebo Enceladus (v případě Saturnu). Naše studie ukazuje, že bychom mohli detekovat rádiové emise z polárních září systémů podobných Jupiteru, obíhajících dál, než Pluto”, řekl Nichols.

To je užitečný poznatek, díky kterému bychom mohli najít více planetárních soustav podobných té naší u jiných hvězd. Přitom předpokládáme, že planetární soustava s planetou podobnou Jupiteru a v podobné vzdálenosti od centrální hvězdy bude patrně mít v menších vzdálenostech nějaké terrestrické planety. Ale kdybychom měli najít Jupiter nebo Saturn pomocí tranzitní fotometrie nebo radiálních rychlostí, byl by to mimořádně zdlouhavý proces, protože jejich oběžné doby kolem Slunce jsou 12 a 30 let. Nichols věří, že planety obíhající kolem hmotnějších hvězd, dostatečně vyzařujících v ultrafialové oblasti, vzdálené od svých hvězd 1 až 50 AU by generovaly dostatek rádiového výkonu, aby mohly být detekovány na Zemi. V nejlepším případě bychom mohli detekovat takovou planetu ve vzdálenosti 150 světelných let.

Nicholsův článek “Magnetosphere-ionosphere coupling at Jupiter-like exoplanets with internal plasma sources: implications for detectability of auroral radio emissions” byl přijat jako preprint do Měsíčních zpráv Královské astronomické společnosti (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society).