Астрономы впервые напрямую обнаружили радиоизлучение от экзопланеты

Астрономы впервые напрямую обнаружили радиоизлучение, исходящее от экзопланеты, и использовали его для измерения магнитного поля далёкого мира. Источником оказалась молодая гигантская планета Бета Живописца b, расположенная примерно в 64 световых годах от Земли. Радиотелескоп MeerKAT зарегистрировал повторяющиеся сильно поляризованные всплески на частотах до 3,5 гигагерца. По их максимальной частоте исследователи оценили магнитное поле в области возникновения излучения как минимум в 1,25 килогаусса.

Бета Живописца b — молодой газовый гигант массой около 12 масс Юпитера, обращающийся примерно в 10 астрономических единицах от своей звезды. Возраст системы составляет около 23 миллионов лет. Планета совершает один оборот вокруг звезды примерно за 24 года и удаляется от неё на небе достаточно далеко, чтобы современные инструменты могли различать два объекта. Это обстоятельство оказалось критически важным для определения источника радиосигнала.

Кевин Ортис Себальос, Эдо Бергер и Иветт Сендес наблюдали систему Бета Живописца с помощью массива радиотелескопов MeerKAT в Южной Африке четыре раза в 2025 и 2026 годах. Наблюдения проводились в двух диапазонах — от 0,856 до 1,712 гигагерца и от 1,75 до 3,5 гигагерца. Во всех четырёх сеансах исследователи обнаружили радиоисточник в районе системы, после чего им предстояло определить, связан ли он со звездой или одной из её планет.

Для этого положение радиоисточника привязали к системе координат космической обсерватории Gaia. В качестве опорных объектов использовались девять квазаров, идентифицированных Gaia, и один радиоинтерферометрический калибратор. После учёта статистических и систематических погрешностей положение источника совпало с расчётным положением Бета Живописца b. Версия о происхождении сигнала от родительской звезды расходилась с наблюдениями на уровне 4,4 стандартного отклонения, а от другой планеты системы, Бета Живописца c, — на уровне 4,8 стандартного отклонения.

Радиоизлучение состояло из быстрых повторяющихся всплесков и более слабого постоянного компонента между ними. Степень круговой поляризации всплесков достигала примерно 40–70 процентов. В одном из наблюдений регистрировалась левая круговая поляризация, а в другом — правая. Подобное изменение соответствует картине полярного сияния, при которой наблюдаемая поляризация зависит от ориентации магнитного поля и вращения объекта.

Исследователи связывают всплески с электронно-циклотронным мазерным излучением. Такой механизм возникает, когда ускоренные электроны движутся вдоль силовых линий магнитного поля и генерируют интенсивное когерентное радиоизлучение. Аналогичные процессы создают радиоизлучение полярных сияний у планет Солнечной системы. Земля и четыре планеты-гиганта также являются источниками подобных радиосигналов.

Именно этот механизм позволил оценить магнитное поле Бета Живописца b. Частота электронно-циклотронного излучения непосредственно связана с напряжённостью магнитного поля в области его возникновения. Самый сильно поляризованный всплеск наблюдался вплоть до верхней границы диапазона MeerKAT — 3,5 гигагерца. Это соответствует магнитному полю не менее 1,25 килогаусса. Авторы называют результат первым прямым измерением напряжённости магнитного поля экзопланеты.

Ранее магнитные поля планет за пределами Солнечной системы пытались изучать косвенными методами, а астрономы неоднократно искали их радиоизлучение. Радиовсплески обнаруживали у некоторых ультрахолодных карликов, включая объекты планетарной массы, однако для планеты, обращающейся вокруг звезды, однозначно отделить сигнал планеты от активности самой звезды не удавалось.

Бета Живописца b искали в радиодиапазоне и раньше. В работе, опубликованной в 2023 году, наблюдения на частотах 250–500 мегагерц с помощью модернизированного Giant Metrewave Radio Telescope не выявили радиоизлучения планеты и позволили установить только верхний предел его интенсивности. Новые наблюдения охватили значительно более высокие частоты и зарегистрировали излучение вплоть до 3,5 гигагерца.

Характеристики самой планеты согласуются с предполагаемым механизмом. Бета Живописца b быстро вращается вокруг своей оси: продолжительность суток оценивается примерно в девять часов. Быстрое вращение и сильное магнитное поле могут поддерживать взаимодействие между магнитосферой и ионосферой, при котором электрические токи ускоряют электроны и создают радиоизлучение полярных сияний.

Один из дополнительных признаков такой связи обнаружился во времени появления всплесков. Между первым и третьим радиовсплесками в одном из наблюдений прошло около восьми часов, что близко к периоду вращения планеты. Авторы допускают, что это может быть проявлением вращательной модуляции, однако для определения геометрии магнитного поля потребуются дальнейшие наблюдения.

Исследователи проверили и другие возможные источники энергии для радиоизлучения. Расчёты показали, что взаимодействие магнитосферы планеты со звёздным ветром при известных параметрах системы даёт мощность примерно на три порядка ниже наблюдаемой. Взаимодействие с гипотетическим спутником по типу системы Юпитер — Ио также не обеспечивает необходимую мощность: даже при благоприятных параметрах ожидаемый сигнал остаётся более чем на порядок слабее зарегистрированного постоянного радиоизлучения.

Обнаружение магнитного поля экзопланеты даёт новый способ изучать свойства миров, которые невозможно исследовать непосредственно космическими аппаратами. Планетарные магнитные поля связаны с внутренним строением и работой динамо-механизма, влияют на взаимодействие атмосферы со звёздным ветром и могут определять скорость потери атмосферы. До сих пор получить прямое измерение напряжённости такого поля у экзопланеты не удавалось.

Полученная нижняя граница в 1,25 килогаусса согласуется с теоретическими моделями магнитного динамо для молодых массивных газовых гигантов. Бета Живописца b значительно моложе планет Солнечной системы и всё ещё сохраняет большое количество тепла, оставшегося после формирования. Её масса, светимость и измеренное магнитное поле позволяют впервые непосредственно проверить на настоящей экзопланете зависимости, ранее калиброванные по планетам Солнечной системы и маломассивным звёздам.

Наблюдения пока не определяют точную напряжённость поля: значение 1,25 килогаусса является нижней границей, поскольку радиоизлучение регистрировалось до максимальной доступной частоты 3,5 гигагерца. Если планета излучает и на более высоких частотах, её магнитное поле в области возникновения всплесков может быть сильнее.

Работа также пока опубликована только как препринт и не прошла рецензирование. Продолжительные радионаблюдения Бета Живописца b должны показать, действительно ли всплески повторяются с периодом вращения планеты, а также помочь определить наклон и геометрию её магнитного поля.

Использованный метод можно применить и к другим непосредственно наблюдаемым газовым гигантам. Авторы выделяют ещё семь таких экзопланет в пяти системах на расстояниях до 45 парсеков, для которых возможно пространственно отделить радиоизлучение планеты от её звезды. По их оценке, повышение чувствительности радиотелескопов примерно в пять-семь раз позволит распространить подобные измерения на эти объекты.

Исследование опубликовано в виде препринта на arXiv и пока не прошло рецензирование.