​Сотрудники Института лазерной физики СО РАН в лабораторных условиях моделируют плазменный ветер, аналогичный тому, что испускают объекты в сотнях световых лет от Земли. Эти исследования имеют большое значение для изучения состава и динамики верхней атмосферы разных классов экзопланет, в том числе потенциально пригодных для жизни.

«Экзопланеты — это планеты вне Солнечной системы, расположенные около других звезд, — рассказывает заместитель директора по научной работе ИЛФ СО РАН доктор физико-математических наук Ильдар Фаритович Шайхисламов. — Обнаружить их довольно сложно, поэтому космические и наземные телескопы отслеживают не сами объекты, а блеск звезд, вокруг которых они вращаются. Проходя перед диском звезды, планета частично затеняет ее, образуя провал на графике светимости. По ширине, глубине и периодичности этого провала можно судить о размерах планеты и параметрах ее орбиты. Только в последние десятилетия развитие технологий позволило достичь необходимой чувствительности и точности астрономических наблюдений, так что эта область науки очень молодая».
 
Наиболее изученным классом экзопланет являются газовые гиганты, называемые горячими юпитерами. Они располагаются очень близко к материнским звездам: в десять раз ближе, чем Меркурий к Солнцу. Под действием ионизирующего излучения их атмосфера нагревается до сверхвысоких температур: от 1 000 до 4 000 °C. Такие экзопланеты обнаружить проще всего: они имеют небольшой период вращения вокруг звезд — несколько дней, и, кроме того, из-за теплового расширения их радиус намного шире, благодаря чему эти объекты затеняют звезды в определенных спектральных интервалах гораздо сильнее.
 
Подобно Солнцу, горячие экзопланеты выбрасывают в космическое пространство потоки плазмы: под действием ионизирующего излучения материнских звезд их атмосфера нагревается и испытывает сверхзвуковое истечение. «О плазменном ветре экзопланет нам пока практически ничего не известно, поскольку получать качественные наблюдательные данные об этом объекте очень сложно, — говорит Ильдар Шайхисламов. — Изучать явление детально можно только с помощью лабораторных экспериментов и численного моделирования».
 
В рамках проекта «Экзосфера горячих экзопланет и ее наблюдательные проявления», поддержанного грантом РНФ, физики моделируют условия, близкие к тем, что могут существовать в окрестности горячих экзопланет. «У Земли и ряда других планет Солнечной системы имеется дипольное магнитное поле, — комментирует Ильдар Шайхисламов, — предполагается, что и у экзопланет оно может существовать. С помощью особых источников плазмы на конструкции магнитного диполя мы смоделировали высокоскоростной энергетический поток. Аналогичные эксперименты проводились в Японии и США, но мы применили оригинальный подход, благодаря которому удалось получить действительно мощный поток плазмы в сильном магнитном поле. В ходе эксперимента мы наблюдали рождение особой магнитной структуры — магнитодиска».
 
Расчет магнитосферы горячего юпитера HD209458b с магнитным полем величиной 0,3 Гс и 1 Гс на экваторе планеты. В цветовой шкале представлено распределение плотности (в ед. см^-3, логарифмическая шкала) и радиальной скорости течения плазмы (в ед. 10 км/с). Черным показаны силовые линии магнитного поля, серым — силовые линии невозмущенного дипольного поля. Полукруг в центре координат обозначает планету. 
Расчет магнитосферы горячего юпитера HD209458b с магнитным полем величиной 0,3 Гс и 1 Гс на экваторе планеты. В цветовой шкале представлено распределение плотности (в ед. см^-3, логарифмическая шкала) и радиальной скорости течения плазмы (в ед. 10 км/с). Черным показаны силовые линии магнитного поля, серым — силовые линии невозмущенного дипольного поля. Полукруг в центре координат обозначает планету.
 
Изначально исследователи не предполагали, что в ходе экспериментов могут образовываться подобные структуры. Магнитодиски встречаются в Солнечной системе, например на Юпитере, но применительно к экзопланетам они не были изучены. Однако из теоретических работ сотрудников Института космических исследований в Граце Австрийской академии наук новосибирские ученые узнали, что это возможно.
 
В ходе последующих лабораторных экспериментов физики измерили параметры магнитодиска и описали его свойства. Оказалось, что он может сильно менять структуру магнитного поля на далеких расстояниях и влиять на формирование магнитосферы — как и было предсказано в теории. По результатам этих работ сотрудники ИЛФ СО РАН в соавторстве с зарубежными коллегами опубликовали статью в Astrophysical Journal, описывающую результаты лабораторного эксперимента применительно к экзопланетам класса горячих юпитеров. 
 
«Единственное, чего мы не могли воспроизвести в лабораторных экспериментах, — это гравитация, — рассказывает Ильдар Шайхисламов, — смоделировать ее невозможно, хотя этот параметр также имеет важное значение: сверхзвуковое течение плазмы формируется в условиях определенного баланса верхней атмосферы между гравитацией планеты и нагревом звездным излучением».
 
Кооперация ученых, принимающих участие в исследовании, довольно широка. Помимо коллег из Австрии в связке с новосибирскими физиками работают сотрудники ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН». Следующий этап исследований состоял в численном моделировании атмосферы горячих экзопланет, в том числе с учетом гравитации и вращения планеты, к которому подключились математики из Института вычислительных технологий СО РАН.
 
По словам Ильдара Шайхисламова, эта работа имеет большие перспективы. «Знания, полученные нами, имеют универсальный характер и чрезвычайно важны для всей астрофизики в целом. Построив экспериментальные и численные модели, которые будут охватывать все стороны явления, мы получим возможность делать заключения о температуре, концентрации и других параметрах плазменного ветра, — отмечает он. — Более того, взаимодействие обширной планетарной плазмосферы с потоком звездной плазмы вызывает интересные наблюдательные проявления. Например, телескоп Хаббл зарегистрировал значительное поглощение в линии Лайман-альфа атома водорода, вызванное таким взаимодействием. Это открывает перспективы мониторинга космической погоды вокруг других звезд, что является важным фактором для обитаемости экзопланет».
 
Юлия Клюшникова

Похожие новости

  • 29/04/2019

    Сибирские учёные участвуют в российских космических проектах

    Научные институты со ран работают в проектах «миллиметрон» и «федерация», наращивают группировку глонасс и не возражают против сотрудничества с частными космическими корпорациями. Первая в России негосударственная космическая компания появилась в Красноярске.
    250
  • 19/06/2018

    Ученые ИАиЭ СО РАН помогут телескопу найти темную материю

    ​Специалисты Института автоматики и электрометрии СО РАН в сотрудничестве с немецкой компанией Dioptic разработали голограмму, чтобы настроить четырехлинзовый объектив. Он нужен для работы с ближнеинфракрасным спектрометром и фотометром нового космического телескопа "Евклид", задача которого - исследовать причины расширения Вселенной и найти темную материю.
    641
  • 12/04/2019

    Как вычислить путь звезды

    Астрофизику сегодня невозможно представить без компьютерного моделирования: ученые воссоздают на ЭВМ космические процессы, не доступные для наблюдения, чтобы ставить эксперименты и подтверждать теории.
    500
  • 06/08/2019

    Новосибирские ученые начали разработку высокоэффективных компактных лазеров

    ​В последнее десятилетие во многих лабораториях мира активно исследуются возможности создания высокоэффективных, мощных и компактных лазеров, генерирующих пучки излучения в среднем инфракрасном диапазоне, в частности на длинах волн 3–8 мкм.
    249
  • 22/02/2019

    В Институте теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН обсудили новейшие разработки для промышленности

    ​На круглом столе, организованном ИТ СО РАН совместно с департаментом промышленности, инноваций и предпринимательства мэрии Новосибирска, представители науки и производства обсудили новейшие разработки института, а также вопросы и проблемы взаимовыгодного сотрудничества.
    432
  • 17/03/2017

    Сибирские физики создадут точнейшие атомные часы

    Ученые из Института лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирского государственного университета и из Новосибирского государственного технического университета разработали сверхстабильный лазер для атомных часов, который позволит российским физикам создать устройства для измерения времени, не уступающие в точности западным аналогам, говорится в статье, опубликованной в Journal of Physics: Conf.
    2105
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    372
  • 24/06/2019

    Новая лаборатория ИК СО РАН примет участие в подготовке кадров для синхротрона

    ​Лаборатория перспективных синхротронных методов исследования, созданная в конце 2018 года в Институте катализа Сибирского отделения РАН, займется разработкой стратегии использования синхротрона и подготовкой кадров для Центра коллективного пользования "Сибирский кольцевой источник фотонов" (ЦКП "СКИФ"), входящего в нацпроект "Наука", сообщил ТАСС директор Института катализа СО РАН Валерий Бухтияров.
    287
  • 24/04/2018

    Как сделать жилье более доступным и экологичным?

    ​​Дом - это что-то теплое, уютное и, на первый взгляд - очень консервативное. Но на самом деле и строительство попевает за техническим прогрессом. Как сделать жилье более доступным, дешевым, экологичным? Мы создали краткий обзор тенденций и технологий будущего, которые появляются уже сейчас.
    961
  • 14/09/2017

    10-я Всероссийская конференция «Физика ультрахолодных атомов»

    ​18-20 декабря 2017 года в новосибирском Академгородке (ИАиЭ СО РАН) состоится 10-я Всероссийская конференция «Физика ультрахолодных атомов». О конференции Всероссийская конференция "Физика ультрахолодных атомов" является ежегодным научным форумом, имеющим целью обсуждение новых теоретических и экспериментальных результатов в области лазерного охлаждения атомов и ионов, оптических стандартов частоты, ультрахолодных Бозе- и Ферми-газов, нелинейной лазерной спектроскопии.
    2344