Проксима Центаврі — червоний карлик на відстані 4,2 світлових років від Сонця, найближча до нас зірка. Вона значно менша й холодніша за Сонце, але саме навколо неї знайдено принаймні три планети, включно з двома, порівнянними за масою із Землею та Марсом. Нове дослідження, засноване на високоточних оптичних спостереженнях, показало, що ці планети не просто обертаються навколо зірки — вони магнітно «спілкуються» з нею.
Автори роботи вимірили період обертання самої зірки навколо своєї осі: 84,9 ± 0,6 доби, а також період її «напівоберту» — 44,3 ± 0,2 доби. Ці цифри узгоджуються з попередніми оцінками і стали основою для порівняння з орбітальними періодами планет. Виявилося, що зоряні спалахи, на які припадало близько 4,8% часу спостережень, розподілені не випадково.
Спалахи прив'язані до орбіти Proxima d
Внутрішня планета системи, Proxima d, має масу, близьку до марсіанської, і обертається найближче до зірки. Аналіз ліній заліза (FeI) у спектрі показав, що спалахи на Проксимі Центаврі статистично прив'язані до орбітальної фази цієї планети з достовірністю понад 99,8%.
Це означає, що коли Proxima d проходить певну точку орбіти, ймовірність спалаху на зірці зростає. Пояснення — механізм перез'єднання магнітних силових ліній, підживлюваний спіральністю (helicity-driven reconnection). Магнітне поле планети деформує зоряне магнітне поле, накопичена енергія вивільняється у вигляді спалаху.
Науковці змоделювали цей процес за допомогою формалізму потоку Пойнтінга — методу, що описує перенесення енергії електромагнітним полем. З цієї моделі вперше в історії отримано оцінку магнітного поля землеподібної екзопланети: приблизно 16 Гаус для Proxima d за умови, що її радіус близький до марсіанського.
Реалістичний діапазон значно ширший — від 3 до 280 Гаус, залежно від того, яка конфігурація зоряного магнітного поля використовується в моделі (радіальна чи дипольна), а також від можливого радіуса планети — марсіанського чи земного. Для порівняння, магнітне поле Землі становить лише близько 0,5 Гаус, тож навіть нижня межа оцінки для Proxima d перевищує земну в кілька разів.
Proxima b змінює не частоту, а силу спалахів
Зовнішня планета, Proxima b, має масу, близьку до земної, і розташована далі від зірки. Її взаємодія з Проксимою Центаврі виглядає інакше: тут немає чіткої прив'язки спалахів до орбітальної фази. Натомість змінюється інтенсивність самих спалахів залежно від того, де на орбіті перебуває планета.
Дослідники дійшли цього висновку, застосувавши метод "prewhitening" (послідовне видалення домінантних періодичних сигналів) до об'єднаного часового ряду хромосферних ліній — Halpha, NaI D1 і D2, а також CaII H і K. Аналіз виявив послідовність чітких піків: спочатку на періоді, що дорівнює половині обертання зірки, потім на орбітальному періоді Proxima b, далі на повному періоді обертання зірки і, нарешті, на орбітальному періоді Proxima d.
Такий набір сигналів свідчить, що обидві планети — і b, і d — демонструють магнітну взаємодію зі своєю зіркою, хоч і різного типу.
Напрямок обертання зірки і планет збігається
Окремо дослідники проаналізували періоди, коли зірка була активною, тобто спалахувала. Періодограма хромосферних ліній для цих епізодів показала пік, що відповідає синодичному періоду між напівобертом зірки і взаємним синодичним періодом Proxima b і Proxima d (синодичний період — час між повторенням однакової конфігурації двох тіл, що рухаються з різною швидкістю).
Це узгодження вказує на те, що зірка обертається в тому самому напрямку, в якому рухаються по орбітах обидві планети — так званий прямий, або прогресивний рух. Отриманий результат допомагає точніше реконструювати архітектуру всієї планетної системи і слугує додатковим підтвердженням того, що спостережувані сигнали дійсно пов'язані з магнітною взаємодією зірки та планет, а не з випадковим шумом.
Робота дає перший приклад того, як методи виявлення зоряних спалахів і хромосферної активності можуть використовуватися для оцінки магнітних полів планет земного типу за межами Сонячної системи — параметра, який напряму спостерігати поки неможливо.
