Derzeit können Wissenschaftler nur mit indirekten Mitteln nach Planeten außerhalb unseres Sonnensystems suchen. Je nach Methode wird dabei nach Transitspuren vor einem Stern gesucht ( Transitphotometrie ), Messen eines Sterns auf Anzeichen von Wackeln ( Doppler-Spektroskopie ), auf der Suche nach Licht, das von der Atmosphäre eines Planeten reflektiert wird ( Direkte Bildgebung ) und eine Reihe anderer Methoden.
Anhand bestimmter Parameter können Astronomen dann feststellen, ob ein Planet potenziell bewohnbar ist oder nicht. Allerdings hat kürzlich ein Team von Astronomen aus den Niederlanden eine Studie veröffentlicht in dem sie einen neuartigen Ansatz für die Exoplanetenjagd beschreiben: die Suche nach Anzeichen von Polarlichtern. Da diese das Ergebnis der Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld eines Planeten und einem Stern sind, könnte diese Methode eine Abkürzung zur Suche nach Leben sein!
Um es aufzuschlüsseln, sind Wechselwirkungen zwischen einem Magnetfeld und den geladenen Teilchen, die regelmäßig von einem Stern (auch Sonnenwind genannt) emittiert werden, die Ursache für Polarlichter. Darüber hinaus erzeugt dieses Phänomen Radiowellen mit einer deutlichen Signatur, die von Radioobservatorien hier auf der Erde entdeckt werden können. Genau dies haben die in den Niederlanden ansässigen Astronomen mit der Niederfrequenz-Array (LOFAR).
Der LOFAR „Superterp“, Teil des Kerns des erweiterten Teleskops in den Niederlanden. Bildnachweis: LOFAR/ASTRON
LOFAR ist ein Mehrzweck-Sensorarray, das mit einer Computer- und Netzwerkinfrastruktur gepaart ist, um extrem große Datenmengen verarbeiten zu können. Der Kern des Arrays (der „ superterp “) besteht aus einem Netz von 38 Stationen im Nordosten der Niederlande mit 14 zusätzlichen Stationen in den Nachbarländern Deutschland, Frankreich, Schweden, Großbritannien, Irland, Polen und Lettland.
Wie sie in ihrer Studie angeben, die kürzlich in der Zeitschrift erschienen ist Natur konnte LOFAR die Art von niederfrequenten Radiowellen nachweisen, die von einem nahegelegenen Stern vorhergesagt wurde – GJ 1151, einem Roten Zwerg vom Typ M, der über 25 Lichtjahre von der Erde entfernt liegt. Wie Harish Vedantham, wissenschaftlicher Mitarbeiter bei ASTRON und Hauptautor der Studie, in einem NYU Pressemitteilung :
„Die Bewegung des Planeten durch das starke Magnetfeld eines Roten Zwergs wirkt wie ein Elektromotor, ähnlich wie ein Fahrraddynamo. Dies erzeugt einen enormen Strom, der Polarlichter und Radioemission auf dem Stern antreibt.“
Diese Art von Stern-Planet-Interaktionen werden seit über dreißig Jahren vorhergesagt, teilweise basierend auf der Polarlichtaktivität, die im Sonnensystem beobachtet wurde. Während das Magnetfeld der Sonne nicht stark genug ist, um diese Art von Radioemissionen anderswo im Sonnensystem zu erzeugen, wurde eine ähnliche Aktivität bei Jupiter und seinen größten Monden beobachtet.
Bilder des Chandra-Röntgenobservatoriums und des Hubble-Weltraumteleskops, die die Polarlichter am Jupiter zeigen. Bildnachweis: NASA/CXC/UCL/W.Dunn et al. (Röntgen); NASA/STScI (optisch)
Zum Beispiel erzeugen Wechselwirkungen zwischen dem starken Magnetfeld des Jupiter und Io (dem innersten seiner größten Monde) Polarlichter und helle Radioemissionen, die bei ausreichend niedrigen Frequenzen sogar die Sonne überstrahlen. Dies war jedoch das erste Mal, dass Astronomen diese Art von Funksignalen von einem anderen Sternensystem entdeckt und entschlüsselt haben.
Als Joe Callingham, Postdoc bei ASTRON und Co-Autor der Studie, angegeben :
„Wir haben das Wissen aus jahrzehntelangen Radiobeobachtungen des Jupiter auf den Fall dieses Sterns angepasst. Die Existenz einer vergrößerten Version von Jupiter-Io in Stern-Planeten-Systemen wurde seit langem vorhergesagt, und die von uns beobachtete Emission passt sehr gut zur Theorie.“
Ihre Ergebnisse wurden von einem zweiten Team bestätigt, dessen Forschung in einer Studie detailliert beschrieben ist, die in Die Briefe des Astrophysikalischen Journals .Für ihre Studie stützten sich Pope und seine Kollegen auf Daten der Hochpräzise Radialgeschwindigkeit Planet Searcher North (HARPS-N) Instrument am Galileo National Telescope (TNG) auf der Insel La Palma, Spanien.
Die künstlerische Darstellung zeigt den Planeten Proxima b, der den Roten Zwergstern Proxima Centauri, den dem Sonnensystem am nächsten gelegenen Stern, umkreist. Bildnachweis: ESO/M. Kornmesser
Anhand dieser spektroskopischen Daten konnte das Team ausschließen, dass die beobachteten Funksignale von GJ 1151 durch Wechselwirkungen mit einem anderen Stern erzeugt wurden. Als Benjamin J. S. Pope, NASA Sagan Fellow an der New York University und Hauptautor des zweiten Artikels, erklärt :
„Auch wechselwirkende Doppelsterne können Radiowellen aussenden. Mit optischen Beobachtungen zur Nachverfolgung suchten wir nach Beweisen für einen stellaren Begleiter, der sich in den Radiodaten als Exoplanet tarnt. Wir haben dieses Szenario sehr stark ausgeschlossen, daher halten wir die wahrscheinlichste Möglichkeit für einen erdgroßen Planeten, der zu klein ist, um ihn mit unseren optischen Instrumenten zu entdecken.“
Diese Erkenntnisse sind besonders bedeutsam, da sie mit einem Roten Zwergsternsystem zusammenhängen. Im Vergleich zu unserer Sonne sind Rote Zwerge klein, kühl und dunkel, aber auch die häufigste Sternart im Universum – sie machen allein 75 % der Sterne in der Milchstraße aus. Rote Zwerge sind auch sehr gute Kandidaten, um terrestrische Planeten innerhalb einer zirkumsolaren habitablen Zone (HZ) zu finden.
Dies wird durch jüngste Entdeckungen wie Nächstes b (der nächste Exoplanet jenseits unseres Sonnensystems) und die sieben Planeten, die umkreisen TRAPPIST-1 . Diese und andere Erkenntnisse haben Astronomen zu dem Schluss geführt, dass die meisten Roten Zwerge von mindestens einem terrestrischen (auch felsigen) Planeten umkreist werden.
Künstlerische Darstellung mehrerer Planeten, die den ultrakühlen Roten Zwergstern TRAPPIST-1 umkreisen. Bildnachweis: ESO
Rote Zwerge sind jedoch auch für ihre starken Magnetfelder und ihre variable Natur bekannt, was bedeutet, dass Sterne, die in ihren HZs umkreisen, starken magnetischen und Flare-Aktivität . Erkenntnisse wie diese haben erhebliche Zweifel aufkommen lassen, ob ein Planet, der sich im HZ eines Roten Zwergs befindet, das Leben sehr lange unterstützen könnte oder nicht.
Aus diesem Grund sagen Wissenschaftler voraus, dass jeder Planet, der mit dem HZ eines Roten Zwergs umkreist, ein starkes Magnetfeld um sicherzustellen, dass Sonneneruptionen und geladene Teilchen ihre Atmosphäre nicht vollständig entfernen und sie vollständig unbewohnbar machen. Daher bietet diese Entdeckung nicht nur eine neue und einzigartige Möglichkeit, die Umgebung von Exoplaneten zu untersuchen, sondern bietet auch eine Möglichkeit zu bestimmen, ob sie bewohnbar sind.
Durch die Suche nach niederfrequenten Radioemissionen konnten Astronomen nicht nur Exoplaneten entdecken, sondern auch die Stärke ihrer Magnetfelder und die Intensität der Strahlung ihres Sterns messen. Diese Erkenntnisse werden einen großen Beitrag zur Bestimmung leisten, ob Gesteinsplaneten, die rote Zwergsterne umkreisen, Leben unterstützen können oder nicht.
Künstlerische Illustration eines hypothetischen Exoplaneten, der einen Roten Zwerg umkreist. Bildquelle: NASA/ESA/G. Speck (STScI)
Mit dieser Methode wollen Pope und seine Kollegen nun ähnliche Emissionen von anderen Sternen finden. Innerhalb von 20 Lichtjahren unseres Sonnensystems gibt es mindestens 50 rote Zwergsterne, und viele von ihnen wurden bereits von mindestens einem Planeten umkreist. Sowohl die Teams von Vedantham als auch von Pope gehen davon aus, dass diese neue Methode einen neuen Weg zum Auffinden und Charakterisieren von Exoplaneten eröffnen wird.
„Das langfristige Ziel besteht darin, zu bestimmen, welche Auswirkungen die magnetische Aktivität des Sterns auf die Bewohnbarkeit eines Exoplaneten hat, und Radioemissionen sind ein großes Teil dieses Puzzles“, sagte Vedantham. „Unsere Arbeit hat gezeigt, dass dies mit der neuen Generation von Radioteleskopen machbar ist und uns auf einen spannenden Weg gebracht.“
Sehen Sie sich dieses Video der jüngsten Entdeckung mit freundlicher Genehmigung von ASTRON an: