Звездный ветер и эффективность плазменного радиоизлучения экзопланет

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты исследования влияния звездной активности на эффективность плазменного механизма генерации радиоизлучения и на свойства этого излучения в атмосфере экзопланет со слабым магнитным полем. Плазменный механизм генерации может эффективно реализоваться в случае, когда ленгмюровская частота превышает гирочастоту электронов и электронный циклотронный мазер не эффективен. Этот механизм, существенно зависящий от параметров плазмы, предполагает генерацию плазменных (квазистатических) волн энергичными электронами с последующей конверсией их в электромагнитное излучение. Звездный ветер в зависимости от его интенсивности может в значительной степени модифицировать плазмосферу экзопланеты и менять ее параметры. На примере взаимодействия экзопланеты HD189733b со звездным ветром различной интенсивности центральной звезды показано, что реализация плазменного механизма возможна при любой интенсивности звездного ветра, меняются только требования к параметрам плазменного механизма. В частности, меняется величина плотности энергии плазменных волн, необходимая для генерации потока радиоизлучения, доступного для регистрации современными радиоастрономическими средствами, и меняется его частотный диапазон. Последнее позволит использовать регистрируемое радиоизлучение как индикатор активности материнской звезды.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. В. Зайцев

Институт прикладной физики РАН

Email: sh130@ipfran.ru
Россия, Нижний Новгород

В. Е. Шапошников

Институт прикладной физики РАН; НИУ Высшая школа экономики

Автор, ответственный за переписку.
Email: sh130@ipfran.ru

Нижегородский филиал

Россия, Нижний Новгород; Нижний Новгород

М. Л. Ходаченко

Институт космической исследований ААН

Email: sh130@ipfran.ru
Австрия, Грац

М. С. Руменских

Институт лазерной физики СО РАН; Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн

Email: sh130@ipfran.ru
Россия, Новосибирск; Троицк

Список литературы

  1. Буркхарт, Лоеб (B. Burkhart and A. Loeb), Astrophys. J. 849, L10 (2017).
  2. Вебер и др. (C. Weber, H. Lammer, I.F. Shaikhislamov, J.M. Chadney, M.L. Khodachenko, J.-M. Grießmeier, H.O. Rucker, C. Vocks, et al.), MNRAS 469, 3505 (2017).
  3. Вебер и др. (C. Weber, N.V. Erkaev, V.A. Ivanov, P. Odert, J.-M. Grießmeier, L. Fossati, H. Lammer, and H.O. Rucker), MNRAS 480, 3680 (2018).
  4. Видотто, Донати (A.A. Vidotto and J. Donati), Astron. Astrophys. 602, A39 (2017).
  5. Ву, Ли (C.S. Wu and L.C. Lee), Astrophys. J. 230, 621 (1979).
  6. Гинзбург В.Л., Распространение электромагнитных волн в плазме (М.: Наука, 1967).
  7. Го (J.H. Guo), Astrophys. J. 733, id. 98 (2011).
  8. Гриссмайер и др. (J.-M. Grießmeier, S. Preussec, M. Khodachenkod, et al.), Planet. Space Sci. 55, 618 (2007а).
  9. Гриссмайер и др. (J.-M. Grießmeier, P. Zarka, and H. Spreeuw), Astron. Astrophys. 475, 359 (2007б).
  10. Жардин, Камерон (M. Jardine and A.C. Cameron), Astron. Astrophys. 490, 843 (2008).
  11. Железняков В.В., Излучение в астрофизической плазме (М.: Янус К, 1997).
  12. Железняков В.В., Зайцев В.В., Злотник Е.Я., Письма в Астрон. журн. 38, 660 (2012) [V.V. Zeleznyakov et al., Astron. Lett. 38, 589 (2012)].
  13. Зайцев, Степанов (V.V. Zaitsev and A.V. Stepanov), Astron. Astrophys. 45, 135 (1975).
  14. Зайцев, Степанов (V.V. Zaitsev and A.V. Stepanov), Solar Phys., 88, 297 (1983).
  15. Зайцев В.В., Степанов А.В., Изв. ВУЗов Радиофизика 59, 966 (2016).
  16. Зайцев, Шапошников (V.V. Zaitsev and V.E Shaposhnikov), MNRAS 513, 4082 (2022).
  17. Зарка (P. Zarka), Planet. Space Sci. 55, 598 (2007).
  18. Мелроуз и др. (D.B. Melrose, G.A. Dulk, and R.G. Hewitt), J. Geophys. Res. 89, 897 (1984).
  19. Наранг и др. (M. Narang, P. Manoj, C.H. Ishwara Chandra, J. Lazio, Th. Henning, M. Tamura, B, Mathew, N. Ujwal, and P. Mandal), MNRAS 500, 4818 (2021).
  20. Наранг и др. (M. Narang, A.V. Oza, K. Hakim, P. Manoj, R.K. Banyal, and D.P. Thorngren), MNRAS 165, id. 1 (2023).
  21. Николс, Милан (J.D. Nichols and S.E. Milan), MNRAS 461, 2353 (2016).
  22. Руменских и др. (M.S. Rumenskikh, I.F. Shaikhislamov, M.L. Khodachenko, H. Lammer, I.B. Miroshnichenko, A.G. Berezutsky, and L. Fossati), Astrophys. J. 927, id. 238 (2022).
  23. Селхорст и др. (C. Selhorst, C.L. Barbosa, P.J.A. Simões, A.A. Vidotto, and A. Valio), Astrophys. J. 895, id. 62 (2020).
  24. Тернпенни и др. (S. Turnpenney, J.D. Nichols, G.A. Wynn, and M.R. Burleigh), Astrophys. J. 854, id. 72 (2018).
  25. Тернпенни и др. (S. Turnpenney, J.D. Nichols, G.A. Wynn, and X. Jia), MNRAS 494, 5044 (2020).
  26. Цытович В.Н., Теория турбулентной плазмы (М.: Атомиздат, 1971).
  27. Шапошников и др. (V.E. Shaposhnikov, G.V. Litvinenko, V.V. Zaitsev, V.V. Zakharenko, and A.A. Konovalenko), Astron. Astrophys. 645, A31 (2021).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис 1. Распределения концентрации плазмы ne и температуры T для трехмерной модели взаимодействия экзопланеты HD189733b со звездным ветром материнской звезды при умеренной интенсивности ветра (а) (уносимая ветром масса звезды 1011 г с–1) и при интенсивном ветре (б) (уносимая ветром масса звезды 2 × 1013 г с–1).

Скачать (66KB)
Метаданные
3. Рис 2. Изменение области неустойчивости/устойчивости плазменных волн (сплошная линия) и возможной частоты генерируемого радиоизлучения (штриховые линии) с высотой в плазмосфере экзопланеты при умеренном (а) и при интенсивном ветре (б).

Скачать (88KB)
Метаданные
4. Рис 3. Область реализации мазерного усиления электромагнитных волн и изменение частоты радиоизлучения в зависимости от высоты источника в плазмосфере экзопланеты при умеренной интенсивности ветра (а) и при интенсивном ветре (б). Сплошные линии соответствуют граничным значениям плотности плазменных волн с фазовыми скоростями, равными ⟨vph⟩ ≈ c/3 (нижняя линия) и ⟨vph⟩ ≈ c/4 (верхняя линия).

Скачать (99KB)
Метаданные
5. Рис 4. Относительная (по отношению к энергии равновесной плазмы) плотность энергии плазменных волн, необходимая для генерации на Земле потока радиоизлучения в 1 Ян, и его частота в зависимости от высоты источника в плазмосфере при умеренной интенсивности ветра (а) и при интенсивном ветре (б). Верхняя сплошная линия соответствуют плазменным волнам с фазовыми скоростями, равными ⟨vph⟩ ≈ c/3, а нижняя линия – ⟨vph⟩ ≈ c/4.

Скачать (78KB)
Метаданные
6. Рис 5. Изменение потока радиоизлучения на уровне Земли в зависимости от высоты источника в случае генерации на удвоенной плазменной частоте при плотности энергии плазменных волн Wp = 10–3nkBT умеренном (а) и интенсивном (б) звездном ветре.

Скачать (92KB)
Метаданные
7. Рис 6. Изменение в зависимости от высоты источника плотности энергии плазменных волн, необходимой для получения на уровне Земли потока радиоизлучения в 1 Ян (сплошная линия), при генерации на удвоенной плазменной частоте и частота принимаемого излучения (штриховая линия) в случае умеренного (а) и интенсивного (б) звездного ветра.

Скачать (76KB)
Метаданные
8. Рис 7. Относительная плотность энергии плазменных волн, необходимая для получения на уровне Земли потока радиоизлучения в 1 Ян в диапазоне частот выше частоты отсечки fcut ≈ 8 МГц при рэлеевском (сплошная линия) и комбинационном (штриховая линия) рассеянии в случае умеренного (а) и интенсивного (б) звездного ветра.

Скачать (70KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024