天文学家首次在褐矮星周围发现太阳系外辐射带

天文学家首次在太阳系外发现了一个辐射带，围绕着一颗名为LSR J1835+3259的褐矮星。该辐射带的强度是木星的1000万倍，代表了探索潜在的可居住的地球大小的行星的关键一步。这一发现是通过一个由39个无线电天线组成的全球网络实现的。

辐射带是包围行星的圆环形磁力结构，其中充满了极高能量的电子和带电粒子。

辐射带最初是在1958年由探索者1号和3号卫星在地球周围首次发现的，现在已知是太阳系的一个共同特征： 所有具有大规模磁场的行星--包括地球、木星、土星、天王星和海王星--都有。然而，直到现在，在我们的太阳系之外还没有清楚地看到辐射带。

由原亚利桑那州立大学、现加州大学圣克鲁兹分校51 Pegasi b研究员Melodie Kao领导的一个小型天文学家小组，包括亚利桑那州立大学地球和空间探索学院的Evgenya Shkolnik教授已经发现了我们太阳系外的第一个辐射带。该结果于5月15日发表在《自然》杂志上。

这一发现是在"褐矮星"LSR J1835+3259周围发现的，它的大小与木星差不多，但密度更大。它位于只有20光年远的天琴座，还没有重到足以成为一颗恒星，但它太重了，也不可能成为一颗行星。因为辐射带以前从未在我们的太阳系外清晰可见，所以不知道它们是否会存在于行星以外的物体周围。

Shkolnik说："这是关键的第一步，我们可以找到更多这样的天体，并磨练我们搜索越来越小的磁层的技能，最终使我们能够研究那些潜在的、地球大小的可居住的行星。"

虽然人眼看不见，但这个团队发现的辐射带是一个巨大的结构。它的外径至少跨越18个木星直径，而最明亮的内部区域相隔9个木星直径。这个新发现的太阳系外辐射带由接近光速的粒子组成，在无线电波段的亮度最高，它比木星的辐射带几乎强烈1000万倍，而木星的辐射带本身比地球的辐射带要亮几百万倍，并且展示了太阳系行星中能量最高的粒子。

该小组在一年的时间里，使用现在因对我们银河系的黑洞进行成像而闻名的观测技术，拍摄了三张被困在LSR J1835+3259的磁层中的无线电发射电子的高分辨率照片。

通过协调从夏威夷到德国的39个无线电天线，组成一个地球大小的望远镜，研究小组解决了褐矮星的动态磁环境，即所谓的"磁层"，这是第一次在太阳系之外观察到。他们甚至可以清楚地看到这个磁场的形状，足以推断它很可能是一个像地球和木星那样的偶极子磁场。

"通过结合来自世界各地的无线电天线，我们可以做出令人难以置信的高分辨率图像，看到没有人见过的东西。我们的图像相当于站在华盛顿特区时，在加利福尼亚阅读视力评估图的最上面一排，"共同作者巴克内尔大学的Jackie Villadsen教授说。

然而，Kao和她的团队很早就有线索，他们在这个褐矮星周围发现一个辐射带。当团队在2021年进行这些观测时，射电天文学家已经观察到LSR J1835+3259发出了两种可探测的射电辐射。Kao本人也参加了一个团队，该团队在六年前确认其周期性闪烁的无线电发射，方式类似于灯塔。

但是LSR J1835+3259也有更稳定和更微弱的无线电发射。数据显示，这些较暗的发射不可能来自恒星耀斑，事实上，它们与木星的辐射带非常相似。

研究小组的发现表明，这种现象可能比最初想象的更为普遍--不仅发生在行星上，也发生在褐矮星、低质量的恒星上，甚至可能是质量非常高的恒星上。

一个行星的磁场周围的区域--磁层--包括地球的磁层可以保护行星的大气层和表面免受太阳和宇宙高能粒子的破坏。

"当我们考虑系外行星的可居住性时，它们的磁场在维持稳定环境方面的作用是除了像大气和气候这样的东西之外需要考虑的因素，"Kao说。

除了看到的辐射带，他们的研究还揭示了极光（类似于地球上的北极光）与来自太阳系外的物体的辐射带在"形状"和空间位置上的差异。

"极光可以用来测量磁场的强度，但不能测量形状。我们设计这个实验是为了展示一种评估褐矮星和最终的系外行星上磁场形状的方法，"Kao说。"一个比喻是，辐射带就像生活在我们太阳系这个邻居中的行星的'院子'，只不过我们有的不是花，而是以不同波长和亮度发光的高能粒子。每个辐射带的特殊属性告诉我们关于该行星的能量、磁力和粒子资源的一些情况：它的旋转速度有多快，它的磁场有多强，它离太阳有多近，它是否有能提供更多粒子的卫星或像土星那样能吸收粒子的环，等等。第一次，我们能够看到褐矮星和低质量恒星有什么样的'码'。我为有一天我们能够了解系外行星所居住的磁层码子而感到兴奋。"