低磁場強度的恒星比強磁場的恒星表現出更明顯的邊緣變暗。這會影響燈光曲線的真實形狀。來源：uux.cn/MPS/hormesdesign.de
（神秘的大小度和動地球uux.cn）據馬克斯·普朗克學會：在距離地球700光年的室女座，WASP-39b行星圍繞WASP-39恒星運行。算顯示恒這顆氣態巨星只需四天多一點的磁活時間就可以完成一個軌道，是影響研究得最好的系外行星之一。2022年7月投入使用后不久，系外行星新模型計星亮美國國家航空航天局的真實詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將高精度的目光投向了這顆遙遠的行星。
數據首次揭示了WASP-39b大氣中存在大量水蒸氣、大小度和動甲烷甚至二氧化碳的算顯示恒證據。這是磁活一種輕微的感覺，但仍有一點美中不足：研究人員尚未成功地在模型計算中重現觀測結果的影響所有關鍵細節。這妨礙了對數據進行更精確的系外行星新模型計星亮分析。
在MPS領導的真實這項新研究中，包括美國麻省理工學院、大小度和動美國太空望遠鏡科學研究所、英國基爾大學和德國海德堡大學的研究人員在內的作者展示了克服這一障礙的方法。
這項新研究的第一作者、MPS科學家Nadia Kostogriz博士解釋道：“在解釋WASP-39b數據時出現的問題在許多其他系外行星中都是眾所周知的，無論是用開普勒、TESS、詹姆斯·韋伯還是未來的PLATO航天器觀測到的。”。“與其他被系外行星環繞的恒星一樣，WASP-39的觀測光曲線比以前的模型所能解釋的更平坦。”
研究人員將光曲線定義為恒星在較長時間內亮度的測量值。例如，恒星的亮度會不斷波動，因為它的亮度會受到自然波動的影響。外行星也可以在光線曲線上留下痕跡。如果觀測者看到一顆系外行星從其恒星前方經過，就會使星光變暗。
這在光線曲線中反映為亮度的定期反復下降。對這些曲線的精確評估提供了有關行星大小和軌道周期的信息。如果恒星發出的光被分為不同的波長或顏色，研究人員還可以獲得有關行星大氣層組成的信息。

開普勒通帶中的邊緣變暗。來源：uux.cn《自然天文學》（2024）。DOI:10.1038/s41550-024-02252-5
近距離觀察恒星的亮度分布
恒星的邊緣，即星盤的邊緣，在解釋其光曲線方面起著決定性的作用。就像在太陽的情況下一樣，對觀察者來說，肢體看起來比內部區域更暗。然而，這顆恒星實際上并沒有在更遠的地方發出不那么明亮的光芒。合著者兼MPS主任Laurent Gizon教授解釋道：“由于恒星是一個球體，其表面彎曲，我們可以觀察到邊緣比中心更高、更冷的層。”。他補充道：“因此，這個區域在我們看來更加黑暗。”。
眾所周知，邊緣變暗會影響光曲線中系外行星信號的確切形狀：變暗決定了恒星亮度在行星凌日期間下降然后再次上升的幅度。然而，使用傳統的恒星大氣模型無法準確地再現觀測數據。亮度的下降總是沒有模型計算所建議的那么突然。
“很明顯，我們錯過了準確理解系外行星信號的關鍵環節，”MPS主任Sami Solaki教授博士說，他是當前研究的合著者。
磁場是拼圖中缺失的一塊
正如今天公布的計算結果所表明的那樣，這個謎題中缺失的部分是恒星磁場。像太陽一樣，許多恒星通過巨大的熱等離子體流在其內部深處產生磁場。研究人員現在首次能夠將磁場納入他們的肢體變暗模型中。
他們可以證明磁場的強度有一個重要的影響：邊緣變暗在磁場較弱的恒星中很明顯，而在磁場較強的恒星中則較弱。

太陽邊緣變暗。來源：uux.cn《自然天文學》（2024）。DOI:10.1038/s41550-024-02252-5
研究人員還能夠證明，如果將恒星的磁場包括在計算中，觀測數據和模型計算之間的差異就會消失。為此，該團隊求助于美國國家航空航天局開普勒太空望遠鏡的精選數據，該望遠鏡從2009年到2018年捕捉了成千上萬顆恒星的光。
在第一步中，科學家們模擬了存在磁場的典型開普勒恒星的大氣層。在第二步中，他們根據這些計算生成了“人工”觀測數據。與實際數據的比較表明，通過包括磁場，開普勒數據被成功復制。
該團隊還將其考慮范圍擴展到詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的數據。該望遠鏡能夠將遙遠恒星的光分解成不同的波長，從而在被發現的行星的大氣層中尋找某些分子的特征信號。
事實證明，母恒星的磁場在不同波長下對恒星邊緣變暗的影響不同——因此，在未來的評估中應該考慮到這一點，以獲得更精確的結果。
從望遠鏡到模型
“在過去的幾十年里，推進系外行星研究的方法是改進硬件，即旨在搜索和表征新世界的太空望遠鏡。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將這一發展推向了新的極限，”當前研究的合著者、MPS研究組組長亞歷山大·夏皮羅博士說。他補充道：“下一步是改進和完善模型，以解釋這些優秀的數據。”。
為了進一步推進這一發展，研究人員現在希望將他們的分析擴展到與太陽明顯不同的恒星。此外，他們的發現提供了使用系外行星恒星的光照曲線來推斷恒星磁場強度的可能性，否則通常很難測量。
這項研究發表在《自然天文學》雜志上。

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