第 9 章,共 15 章
射电
有磁场的行星会在射电波段发光:沿磁力线螺旋下降进入极光区的电子通过回旋脉泽机制辐射,辐射集中在空心锥内,频率最高可达当地回旋频率(Zarka 1998;Treumann 2006)。近距离行星也能在其恒星上驱动此类辐射,就像 Io 对木星那样(Zarka 2007)。尚无任何系外行星自身的射电辐射得到确认。以下每项声明都是初步的或有争议的,并均已注明。
频率标度
回旋脉泽在 f_ce = eB/(2π m_e) 处及略低于该频率处辐射,源区每高斯磁场约对应 2.80 MHz,因此观测到的最高频率给出该处的磁场强度。较弱的行星磁场辐射频率低于数十 MHz,只有 LOFAR 等低频阵列(10–240 MHz;van Haarlem et al. 2013)才能接收;M 矮星的千高斯磁场则可达 GHz。
| 量 | 数值 | 出处 |
|---|---|---|
| 每高斯的回旋频率 | 2.799 MHz | eB/(2π m_e),采用 SI 2019 的 e 和 CODATA 2018 的 m_e [calc] |
| τ Boötis,14–21 MHz 处的暂定爆发 | ≥ 5.0–7.5 G | 若为回旋辐射,则该谱带在源处所需的最小磁场(Turner et al. 2021 谱带)[calc] |
| YZ Ceti 在 2–4 GHz 的爆发 | ≥ 0.71–1.43 kG | 源处(恒星上)的最小磁场(Pineda & Villadsen 2023 波段)[calc] |
| LOFAR 波段 | 10–240 MHz | van Haarlem et al. 2013 |
| τ Boo Ab,存储的质量与周期 | 4.5 MJ · 3.31 d | exoplanet.eu |
| YZ Cet b,存储的 m sin i 与周期 | 0.0022 MJ · 2.02087 d | exoplanet.eu |
各项论断及其现状
初步,未确认
τ Boötis b · LOFAR
在 14–21 MHz 处有圆偏振的爆发式辐射,约 3σ,偏离波束中无任何信号;还报告了一个缓慢变化的 21–30 MHz 信号,但作者本人对其存疑(Turner et al. 2021)。后续 LOFAR 观测覆盖了 70% 的轨道,包括较早的轨道相位,未见爆发式或缓变辐射(Turner et al. 2024)。
存在争议:尚无行星能解释它
GJ 1151 · LOFAR
来自一颗宁静红矮星的低频辐射,具有行星极光的特征,被解释为该恒星与一颗轨道周期为 1–5 天的地球大小行星相互作用(Vedantham 等人 2020)。随后视向速度找到一颗轨道周期为 390 天的行星,它极不可能是该辐射源,且没有找到短周期行星(最小质量低于 1.2 个地球质量)(Blanco-Pozo 等人 2023)。
候选
YZ Ceti · VLA
在 2–4 GHz 处有相干爆发,其中两次出现在 YZ Ceti b 相近的轨道相位,该行星有可能为其提供能量;恒星活动未被排除,因此 YZ Ceti 是一个候选的恒星–行星相互作用系统(Pineda & Villadsen 2023)。
射电以另一种方式找到了最早的行星
In 1992, Wolszczan and Frail found planets around the millisecond pulsar PSR B1257+12 from the regular wobble in its pulses' arrival times (Wolszczan & Frail 1992): the planets tug the pulsar, and the light-travel time changes by milliseconds. That is radio timing, not radio from a planet. Its card on the Galaxy tour ›
| 量 | 数值 | 出处 |
|---|---|---|
| PSR B1257+12 b:计时振幅 | 0.00453 ms | (Mp/M_psr)·a/c,采用 exoplanet.eu 的质量 7e-05 MJ、a = 0.19 AU、sin i = 1,并假设脉冲星质量为 1.4 M☉(其质量未存储)[calc] |
| PSR B1257+12 c:计时振幅 | 1.59 ms | (Mp/M_psr)·a/c,使用 exoplanet.eu 的质量 0.013 MJ、a = 0.36 AU、sin i = 1,并假设脉冲星质量为 1.4 M☉(其质量未存储)[calc] |
| PSR B1257+12 d:计时振幅 | 1.88 ms | (Mp/M_psr)·a/c,使用 exoplanet.eu 的质量 0.012 MJ、a = 0.46 AU、sin i = 1,并假设脉冲星质量为 1.4 M☉(其质量未存储)[calc] |
并非系外行星探测方法
技术特征搜索(SETI)
这些项目寻找的是人工信号,而非行星或其极光,因此在此单独列出。Breakthrough Listen 使用 Green Bank 和 Parkes 在 1.10–3.45 GHz 观测了 1,327 颗邻近恒星,在排除地面干扰后,未找到任何候选;发射器功率的上限为 2×10¹² W 和 9×10¹² W(Price et al. 2020;目标来自 Isaacson et al. 2017)。
SetuHQ 不进行射电观测。此场景仅为示意:磁力线、辐射锥和轨道均未按比例绘制,暴发时间也仅为示意;只有截止频率是计算得出的。
出处
- Treumann 2006, A&ARv 13, 229(电子回旋脉泽)
- Zarka 1998,JGR 103,20159(外行星的极光射电辐射)
- Zarka 2007, Planet. Space Sci. 55, 598(恒星–行星等离子体相互作用与射电)
- van Haarlem et al. 2013, A&A 556, A2(LOFAR)
- Turner et al. 2021, A&A 645, A59(用 LOFAR 观测 τ Boötis)
- Turner et al. 2024,A&A 688,A66(τ Boötis 的 LOFAR 后续观测)
- Vedantham et al. 2020, Nature Astronomy 4, 577 (GJ 1151)
- Blanco-Pozo 等人 2023, A&A 671, A50(GJ 1151 视向速度)
- Pineda & Villadsen 2023, Nature Astronomy 7, 569 (YZ Ceti)
- Wolszczan & Frail 1992, Nature 355, 145 (PSR B1257+12)
- Isaacson et al. 2017,PASP 129,054501(Breakthrough Listen 目标)
- Price et al. 2020, AJ 159, 86(Breakthrough Listen:1,327 颗近邻恒星)