Astrónomos realizan los primeros cálculos de la actividad magnética en exoplanetas tipo 'Júpiter caliente'

Esta ilustración muestra un Júpiter caliente que orbita tan cerca de una estrella enana roja que los campos magnéticos de ambos interactúan, activando la actividad de la estrella. Los astrofísicos han utilizado por primera vez observaciones de dicha actividad para calcular las intensidades de campo en cuatro sistemas de estrellas y planetas de Júpiter. Crédito de la imagen: NASA, ESA y A. Schaller (para STScI).

De acuerdo con un nuevo estudio realizado por un equipo de astrofísicos, los planetas gigantes de gas que orbitan cerca de otras estrellas tienen poderosos campos magnéticos, muchas veces más fuertes que nuestro Júpiter. Es la primera vez que la fuerza de estos campos se calcula a partir de observaciones. 

El equipo, dirigido por Wilson Cauley de la Universidad de Colorado, también incluye a la profesora asociada Evgenya Shkolnik de la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de la Universidad Estatal de Arizona. Los otros investigadores son Joe Llama de la Universidad del Norte de Arizona y Antonino Lanza del Observatorio Astrofísico de Catania en Italia. Su informe fue publicado el 22 de julio en Nature Astronomy. 

"Nuestro estudio es el primero en utilizar las señales observadas para derivar las intensidades del campo magnético de exoplanetas", dice Shkolnik. "Estas señales parecen provenir de interacciones entre los campos magnéticos de la estrella y el planeta en órbita estrecha". 

Muchos mundos 

Más de 3.000 sistemas de exoplanetas que contienen más de 4.000 planetas se han descubierto desde 1988. Muchos de estos sistemas estelares incluyen lo que los astrónomos llaman "Júpiter calientes". Estos son planetas gaseosos masivos que se presume que son como el Júpiter de nuestro Sol pero que orbitan sus estrellas a distancias cercanas, por lo general alrededor de cinco veces el diámetro de la estrella, o aproximadamente 20 veces la distancia de la Luna a la Tierra. 

Dichos planetas viajan bastante adentro del campo magnético de su estrella, donde las interacciones entre el campo planetario y el estelar pueden ser continuas y fuertes. 

Los Júpiter calientes (puntos rojos) son planetas grandes similares a nuestro Júpiter, pero en órbita cerca de sus estrellas. Cuatro Júpiter calientes tienen una intensidad de campo magnético mucho mayor que la de la Tierra, Saturno, Urano o Neptuno, o incluso el mismo Júpiter. La escala izquierda muestra la intensidad de campo en gauss, la escala inferior muestra la distancia orbital de la estrella en unidades astronómicas; La Tierra orbita el Sol a 1 UA. Crédito: Wilson Cauley / Iniversity of Colorado.

Estudios anteriores, dice el equipo, han puesto límites superiores a los campos magnéticos de exoplanetas, por ejemplo, a partir de observaciones de radio o derivadas puramente de la teoría. 

"Combinamos las mediciones del aumento de la emisión estelar de las interacciones magnéticas estrella-planeta junto con la teoría física para calcular las intensidades del campo magnético para cuatro Jupiters calientes", dice el autor principal Cauley. 

Las fortalezas del campo magnético que el equipo encontró oscilan entre 20 y 120 gauss. A modo de comparación, el campo magnético de Júpiter es de 4,3 gauss y la intensidad del campo terrestre es solo de medio gauss, aunque es lo suficientemente fuerte como para orientar brújulas en todo el mundo. 

Esta simulación muestra cómo un campo magnético de Júpiter caliente interactuaría con el campo magnético de su estrella anfitriona. El nuevo estudio descubrió que tales interacciones se mejoran porque al menos cuatro Jupiter calientes tienen una mayor potencia de campo magnético calculada de lo que se pensaba anteriormente. Crédito: Antoine Strugarek / CEA Saclay / Université de Montréal.

Actividad desencadenante 

Los astrofísicos utilizaron telescopios en Hawai y Francia para adquirir observaciones de alta resolución de la emisión de calcio ionizado (Ca II) en las estrellas progenitoras de los cuatro Júpiter calientes. La emisión proviene de la cromosfera caliente y magnéticamente calentada de una estrella, una capa delgada de gas sobre la superficie estelar más fría. Las observaciones permiten al equipo calcular la cantidad de energía que se está liberando en la emisión de calcio de las estrellas. 

Shkolnik dice: "Usamos las estimaciones de potencia para calcular las intensidades de campo magnético para los planetas utilizando una teoría de cómo los campos magnéticos de los planetas interactúan con los campos magnéticos estelares". 

Cauley explica: "A los campos magnéticos les gusta estar en un estado de baja energía. Si giras o estiras el campo como una banda de goma, esto aumenta la energía almacenada en el campo magnético". Los Júpiter calientes orbitan muy cerca de sus estrellas progenitoras, por lo que el campo magnético del planeta puede torcer y estirar el campo magnético de la estrella. 

"Cuando esto sucede", dice Cauley, "la energía se puede liberar cuando los dos campos se reconectan, y esto calienta la atmósfera de la estrella, lo que aumenta la emisión de calcio". 

Sondeo profundo 

Los astrofísicos han sospechado que los Júpiter calientes, como nuestro propio Júpiter, tendrían campos magnéticos producidos en su interior. Las nuevas observaciones proporcionan la primera prueba de la dinámica interna de estos planetas masivos. 

"Esta es la primera estimación de las intensidades del campo magnético para estos planetas según las observaciones, por lo que es un gran salto en nuestro conocimiento", señala Shkolnik. "Nos está dando una mejor comprensión de lo que está sucediendo dentro de estos planetas". 

Agrega que también debería ayudar a los investigadores que modelan las dinamos internas de los Júpiter calientes. "No sabíamos nada sobre sus campos magnéticos, ni sobre ningún otro campo magnético de exoplanetas, y ahora tenemos estimaciones para cuatro sistemas reales". 

Sorprendentemente poderoso 

Las fortalezas del campo, dice el equipo, son más grandes de lo que uno esperaría considerando solo la rotación y la edad del planeta. La teoría de dinamo estándar de los campos magnéticos planetarios predice las intensidades de campo para los planetas muestreados que son mucho más pequeños de lo que el equipo encontró. 

En cambio, las observaciones apoyan la idea de que los campos magnéticos planetarios dependen de la cantidad de calor que se mueve a través del interior del planeta. Debido a que están absorbiendo mucha energía extra de sus estrellas anfitrionas, los Júpiter calientes deberían tener campos magnéticos más grandes que los planetas de masa y velocidad de rotación similares. 

"Nos complace ver qué tan bien la magnitud de los valores de campo correspondió a los predichos por la teoría del flujo de calor interno", dice Shkolnik. "Esto también puede ayudarnos a trabajar hacia una comprensión más clara de los campos magnéticos alrededor de los planetas rocosos templados". 

Fuente: Universidad del Estado de Arizona,