論文関連の(ほぼ)個人用メモ。



arXiv:1706.06349
Weber et al. (2017)
How Expanded Ionospheres of Hot Jupiters Can Prevent Escape of Radio Emission Generated by the Cyclotron Maser Instability
(ホットジュピターの広がった電離圏はサイクロトロンメーザー不安定による電波放射の脱出をどの程度阻害するか)

概要

ホットジュピター HD 209458b と HD 189733b，および太陽型星の周りを 0.2 - 1 AU の距離で公転する HD 209458b のような惑星大気のプラズマの状況について考察する．特に，このような惑星大気プラズマの状態が，惑星の磁気圏から放射されると思われる電波にどう影響を及ぼすかについて議論した．

その結果，サイクロトロンメーザー不安定 (cyclotoron maser instability, CMI) など，太陽系の磁化した惑星において電波を生み出す役割を持っている過程は，ホットジュピター周囲の環境ではおそらく発生しないであろうことを発見した．

流体力学的に広がるホットジュピターの大気は，磁気圏内のプラズマ密度が非常に大きく，広がった電離圏を持つ．この電離圏内でのプラズマ周波数は，サイクロトロン周波数よりずっと大きくなる．この状況は磁気圏での電波放射の生成の条件とは相反し，太陽型の中心星から < 0.05 AU の距離の近接系外惑星からの電波の脱出を阻害する．

太陽に類似した恒星の周りでのガス惑星の高層大気構造は，軌道長半径が 0.2 - 0.5 AU の間で，流体力学的な状態から流体静力学的な状態へ変化する．これにより，外圏底 (exobase) と磁気圏界面 (magnetopause) の間のプラズマが少ない状態を取ることが出来る．この場合，太陽系の惑星に似た状況である，プラズマ周波数がサイクロトロン周波数より低いという状態を実現できる．このような環境では，惑星に向かった磁力線に沿って加速された高エネルギーの電子のビームは，電波放射を生み出すことが出来る．しかし CMI が働いたとしても，ホットジュピターの広がった電離圏は，惑星から電波放射を脱出させるには密度が高すぎる．

研究背景

系外惑星が発見されるよりも前，1970 年代後半と 1980 年代の段階で既に，系外惑星からの電波放射の探査は始まっていた (Yantis et al. 1977, Winglee et al. 1986)．それ以降，系外惑星からの電波放射の検出の試みはこれまでに多数行われている (Zarka et al. 1997など)．
Sirothia et al. (2014) は Giant Meterwave Radio Telescope (GMRT) のアーカイブデータを使用して電波の波長での系外惑星の探査をしたが，これは成功しなかった．Lecavelier des Etangs et al. (2013) では，海王星質量の系外惑星 HAT-P-11b からの電波放射の兆候を 150 MHz で発見している．また Sirothia et al. (2014) では，いくつかの天体からの電波放射の兆候を発見したが，これらの検出候補イベントは系外惑星からの電波放射であるとは確定していない．

系外惑星からの電波放射については，それぞれの惑星の磁場強度の推定値からスケール則に基づいて電波放射の強度を推定する研究が多数存在する (Farrell et al. 1999など)．しかし系外惑星の磁場は観測からの制約が存在しない．この状況は系外惑星からの電波放射の検出で変わる可能性がある．これは，惑星の磁場強度と測定された電波の周波数との関係から，系外惑星の磁場の間接的な検出を可能にするからである (Grießmeier 2015)．

これまでの系外惑星からの電波放射の推定には，系外惑星の電離圏中での伝搬の影響は考慮されてこなかった．電波放射領域からの電波の脱出に関しては，惑星自体のプラズマ環境の周囲の環境，つまり恒星風の影響のみが考慮されてきた (Grießmeier et al. 2007)．Koskinen et al. (2013) では電離圏内での伝播について短く議論し，電波が 1 - 5 惑星半径の電離圏から放射される場合，10 - 70 MHz より小さい周波数の放射は，惑星の電離圏で遮蔽されると指摘した．
ここでは，ホットジュピターの流体力学的に膨張する高層大気の影響を考慮して，電波放射の電離圏中の伝播について考察した．

[0回]