天文學家描述了在太陽系外觀察到的第一個輻射帶，他們使用了一個從夏威夷到德國的39個無線電天線的協調陣列來獲得高分辨率的圖像。來自一個超冷矮星的持續的、強烈的無線電發射的圖像揭示了在該天體的強大磁場中存在著高能電子云，形成了一個類似於木星輻射帶的無線電圖像的雙葉結構。

藝術家對超冷矮星LSR J1835+3259的極光和周圍輻射帶的印象。

“我們實際上是通過觀察磁層中的無線電發射等離子體–它的輻射帶來對我們目標的磁層進行成像。”加州大學聖克魯茲分校的博士後、5月15日發表在《自然》雜誌上的一篇關於新發現的論文的第一作者Melodie Kao說：”對於我們太陽係以外的氣態巨行星這樣大小的東西，這在以前從未做過。”

強烈的磁場在行星周圍形成一個稱為磁層的”磁泡”，它可以捕獲並加速粒子到接近光速。我們太陽系中所有擁有這種磁場的行星，包括地球，以及木星和其他巨行星，都有由這些被行星磁場捕獲的高能帶電粒子組成的輻射帶。

太陽系外輻射帶的第一張圖片，由39台射電望遠鏡組合成一個虛擬望遠鏡，從夏威夷到德國- 橫跨全球獲得。

地球的輻射帶被稱為範艾倫帶，是由磁場從太陽風中捕獲的高能粒子組成的大型甜甜圈狀區域。木星輻射帶中的大部分粒子來自其衛星木衛二上的火山。如果你能把它們並排放在一起，高曉松和她的團隊所成像的輻射帶將比木星的輻射帶亮1000萬倍。

被磁場偏轉到兩極的粒子在與大氣層相互作用時產生極光（”北極光”），而高氏團隊也獲得了第一張能夠區分一個物體的極光和它在太陽系外的輻射帶位置的圖像。

這項研究中成像的超冷矮星跨越了低質量恆星和大質量褐矮星之間的邊界。”Kao解釋說：”雖然恆星和行星的形成可能是不同的，但是在連接低質量恆星和褐矮星以及氣態巨行星的質量連續體的那一部分，它們內部的物理學可能非常相似。

她說，描述這類天體的磁場強度和形狀在很大程度上是未知的領域。利用他們對這些系統的理論理解和數字模型，行星科學家可以預測行星磁場的強度和形狀，但他們還沒有一個很好的方法來輕鬆測試這些預測。

一個超冷矮星的電子輻射帶和極光

“極光可以用來測量磁場的強度，但不能測量其形狀。我們設計這個實驗是為了展示一種評估褐矮星和最終的系外行星上磁場形狀的方法，磁場的強度和形狀可能是決定一個行星的可居住性的重要因素。”Kao說：”當我們考慮系外行星的可居住性時，除了大氣和氣候等因素外，它們的磁場在維持穩定環境方面的作用是需要考慮的。”

為了產生磁場，一個行星的內部必須有足夠的溫度來擁有導電的流體，在地球的情況下，它的核心是熔化的鐵。在木星上，導電流體是壓力很大的氫氣，它變成了金屬。Kao說，金屬氫可能也會在褐矮星中產生磁場，而在恆星的內部，導電流體是電離氫。

被稱為LSR J1835+3259的超冷矮星是唯一一個Kao認為有信心產生解決其輻射帶所需的高質量數據的物體。

“現在我們已經確定，這種特殊的穩態、低水平的無線電發射可以追踪到這些天體的大規模磁場中的輻射帶，當我們從褐矮星–以及最終從氣態巨型系外行星–看到這種發射時，我們可以更自信地說，它們可能有一個大磁場、 即使我們的望遠鏡還不夠大，無法看到它的形狀。”Kao說，她期待著國家射電天文台（NRAO）目前正在計劃的下一代超大型陣列能夠為更多的太陽系外輻射帶成像。

亞利桑那州立大學的共同作者Evgenya Shkolnik說：”這是找到更多此類天體的關鍵第一步，並磨練我們搜索越來越小的磁層的技能，最終使我們能夠研究那些可能適合居住的、地球大小的行星。”

該研究小組使用了高靈敏度陣列，該陣列由美國NRAO協調的39個射電天線和德國馬克斯-普朗克射電天文研究所運營的Effelsberg射電望遠鏡組成。

“通過結合來自世界各地的無線電天線，我們可以製作出令人難以置信的高分辨率圖像，看到以前從未有人見過的東西。我們的圖像相當於站在華盛頓特區的時候在加利福尼亞閱讀眼圖的最上面一排，”共同作者巴克內爾大學的Jackie Villadsen說。