低磁場強度的恒星比強磁場的恒星表現(xiàn)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(jù)馬克斯·普朗克學(xué)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(tài)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(shù)據(jù)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(jù)。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(xiàn)觀測結(jié)果的影響所有關(guān)鍵細節(jié)。這妨礙了對數(shù)據(jù)進行更精確的系外行星新模型計星亮分析。
在MPS領(lǐng)導(dǎo)的真實這項新研究中，包括美國麻省理工學(xué)院、大小度和動美國太空望遠鏡科學(xué)研究所、英國基爾大學(xué)和德國海德堡大學(xué)的研究人員在內(nèi)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(xué)家Nadia Kostogriz博士解釋道：“在解釋W(xué)ASP-39b數(shù)據(jù)時出現(xiàn)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(huán)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(nèi)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(jīng)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(fù)下降。對這些曲線的精確評估提供了有關(guān)行星大小和軌道周期的信息。如果恒星發(fā)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(guān)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(xué)》（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(nèi)部區(qū)域更暗。然而，這顆恒星實際上并沒有在更遠的地方發(fā)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(qū)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(tǒng)的恒星大氣模型無法準(zhǔn)確地再現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)。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(zhǔn)確理解系外行星信號的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，”MPS主任Sami Solaki教授博士說，他是當(dāng)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(jié)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(nèi)部深處產(chǎn)生磁場。研究人員現(xiàn)在首次能夠?qū)⒋艌黾{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(xué)》（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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，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(xué)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(jù)這些計算生成了“人工”觀測數(shù)據(jù)。與實際數(shù)據(jù)的比較表明，通過包括磁場，開普勒數(shù)據(jù)被成功復(fù)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(shù)據(jù)。該望遠鏡能夠?qū)⑦b遠恒星的光分解成不同的波長，從而在被發(fā)現(xiàn)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(yīng)該考慮到這一點，以獲得更精確的結(jié)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(fā)展推向了新的極限，”當(dāng)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(yōu)秀的數(shù)據(jù)。”。
為了進一步推進這一發(fā)展，研究人員現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(fā)表在《自然天文學(xué)》雜志上。