重新處理無線電數據揭示附近矮星的活動

天文學產生的數據量遠超過科學家們能立即分析的範疇。大部分數據被儲存、編目,並且很少被再次檢視。一項新的研究顯示,某些最有價值的發現可能已經靜靜地躺在這些檔案中。通過重新處理幾年前收集的無線電望遠鏡觀測數據,研究人員識別出了來自附近恆星的短暫無線電信號,在某些情況下,這些信號來自已知擁有系外行星的系統。這些信號中的某些與恆星和行星之間的磁互動相一致,這一現象早已被理論預測但卻很少被直接觀察到。這項工作為研究超出太陽系的磁場提供了一種新的途徑,而磁場在行星的發展及其穩定性上扮演著重要角色。

傳統無線電天文學為何未能捕捉到這些信號?無線電望遠鏡如 LOFAR 觀測天空的廣闊區域,每次觀測同時包含多顆恆星的信號,但傳統分析方法將這些信息簡化為靜態圖像。雖然這種方法對於繪製遙遠的宇宙結構非常有效,但卻去除了大部分有關無線電輻射在短時間尺度上變化的信息。關鍵的限制在於實用性。監測數百顆恆星的快速無線電變化需要長時間的專門觀測,這超出了人類的職業生涯。因此,無線電天文學家很少嘗試在大數據集中追蹤快速變化的恆星或行星信號。

研究小組通過開發多路徑干涉無線電光譜學(RIMS)來解決這一問題。RIMS 不是將觀測結果壓縮成靜止圖像,而是保留了時間依賴的信息並按方向分離無線電信號。這使得科學家可以在單次觀測中,同時逐秒跟踪多顆恆星的無線電輻射變化。為了測試該方法,團隊將 RIMS 應用於 LOFAR 的 LoTSS 天空調查中超過 1.4 年的數據。僅僅從這個檔案中,他們就提取了約 20 萬個時間解析的無線電光譜,這些光譜來自附近的恆星和恆星-行星系統。

RIMS 最大限度地利用每一秒的觀測,在天空的數百個方向進行觀測。以往需要逐個來源進行的分析,現在可以同時進行。沒有這種方法,達到相同的檢測水平幾乎需要 180 年的專門觀測,巴黎天文台的首席研究作者 Cyril Tasse 表示。重新處理的數據顯示出與極端恆星活動相關的強烈無線電爆發,這與大型太陽爆發的性質相似。此外,一些爆發顯示出強烈的圓形極化,這是磁過程的特徵信號。其中幾個事件符合對恆星和近軌道行星之間電磁相互作用的理論預期,儘管目前尚未排除僅由恆星活動引起的可能性。

一個顯著的例子來自於 GJ 687 系統。研究結果表明,來自系外行星系統 GJ 687 的一些無線電爆發,與一顆近距行星對恆星磁場的擾動及驅動強烈的無線電輻射相一致,研究作者之一 Jake Turner 表示。他補充道,具體來說,我們的模型顯示這些無線電爆發使我們能夠對海王星大小的行星 GJ 687 b 的磁場進行限制,這為研究超出我們太陽系的世界上的磁場提供了一種罕見的間接方法。

磁場影響行星如何損失大氣、與恆星輻射互動以及長期進化。例如,地球的磁場在保護地球免受太陽發射的帶電粒子方面發揮了作用。然而,儘管磁場至關重要,但對於系外行星來說,測量磁場幾乎是不可能的。這項研究證明,低頻無線電數據可以提供一種間接解決方案。通過識別由磁互動產生的無線電輻射,RIMS 為同時研究多個系統的行星磁性提供了一種實用方法。

該方法已在另一儀器——法國 NenuFAR 望遠鏡上進行測試,並檢測到了一個可能代表僅第二個報告的與系外行星相關的無線電輻射的爆發。然而,確認是至關重要的。恆星本身可以產生強烈的無線電爆發,區分行星效應和恆星活動需要後續觀測。因此,研究小組目前正在進行針對性的後續觀測,以確認這兩個信號的行星來源。經過確認的檢測將為探索系外行星的磁場提供一種強有力的新方法。該研究已發表在《自然天文學》期刊上。


Henderson
Henderson 主要擔任「炒稿記者」的職責,以翻譯最新科技,手機 電動車等消息為每天的工作。