#Indiz für ein Magnetfeld bei nahem Exoplaneten

Wie lebensfreundlich ein extrasolarer Planet ist, hängt auch davon ab, ob er eine Atmosphäre und ein Magnetfeld besitzt. Einen Hinweis auf letzteres könnten Astronomen nun bei dem rund zwölf Lichtjahre von der Erde entfernten Planeten YZ Ceti b entdeckt haben. Dieser Exoplanet umkreist seinen Stern sehr eng. Sollte er ein Magnetfeld besitzen, könnte es zu Wechselwirkungen mit dem Stern kommen, durch die energiereiche, stark polarisierte Radioemissionen freiwerden. Solche Emissionen haben die Forscher nun bei YZ Ceti detektiert. Sie konnten zwar die Abstände der Radiopulse noch nicht genau bestimmen, dennoch halten sie die Signale für mögliche Indizien eines planetaren Magnetfelds.

Das Magnetfeld der Erde ist für uns überlebenswichtig. Denn die um die Erde reichenden Magnetfeldlinien halten den größten Teil der harten kosmischen Strahlung und der Sonnenstürme von uns fern. Dadurch schützt das Magnetfeld die irdische Lebenswelt vor den gesundheitsschädlichen Teilchenströmen. Außerdem trägt das Magnetfeld dazu bei, die Erdatmosphäre vor dem Sonnenwind zu bewahren – fehlt dieser Schutz, kann ein Planet im Laufe der Jahrmilliarden seine Gashülle komplett verlieren. Ein Magnetfeld trägt daher erheblich dazu bei, Leben an der Oberfläche eines Planeten zu ermöglichen, und gilt als wichtiger Faktor bei der Einschätzung der Habitabilität. Doch ob ein Exoplanet ein Magnetfeld besitzt, sieht man ihm nicht an.

Stellare Aurora verrät planetares Magnetfeld

Eine Methode, um Magnetfelder um Exoplaneten aufzuspüren, haben nun J. Sebastian Pineda von der University of Colorado in Boulder und Jackie Villadsen von der Bucknell University ausprobiert. „Die Idee ist, dafür etwas zu nutzen, das wir extrasolares Weltraumwetter nennen“, erklärt Villadsen. Aus unserem Sonnensystem ist bekannt, dass die Interaktion des irdischen Magnetfelds mit dem Sonnenwind Polarlichter und andere Strahlenemissionen verursachen kann. Sie wären allerdings viel zu schwach, um sie von anderen Sternen aus sichtbar zu machen und von den normalen Schwankungen der solaren Strahlenemissionen zu unterscheiden. Doch wenn ein Exoplanet sehr nah an seinem Stern kreist, kann es zu einer Art Rückkopplung kommen: Die Wechselwirkung des planetaren Magnetfelds mit dem Sternenwind und dem stellaren Magnetfeld ist dann so intensiv, dass starke Schübe von Radiostrahlung freigesetzt werden. „Im Prinzip sehen wir dann ein Polarlicht auf dem Stern – diese Radiostrahlung ist nichts anderes“, erklärt Pineda.

Um nach einer solchen Radio-Aurora zu suchen, haben Pineda und Villadsen den nur zwölf Lichtjahre entfernten Stern YZ Ceti ins Visier genommen. Dabei handelt es sich um einen ruhigen, langsam rotierenden und sehr lichtschwachen Roten Zwerg, der von mindestens drei Planeten umkreist wird. Alle drei Planeten sind Gesteinsplaneten mit ungefähr der gleichen Masse wie die Erde. Der innerste Planet, YZ Ceti b, benötigt nur rund zwei Tage für einen Umlauf. „Er ist damit zu nah an seinem Stern, um lebensfreundlich zu sein“, erklärt Pineda. Dafür kreist der Planet aber in einem Bereich, in dem sein Magnetfeld Radioemissionen bei seinem Stern hervorrufen könnte – sofern er eines besitzt.

Vielversprechende Radiopulse

Für ihre Studie haben Pineda und Villadsen daher die Radioteleskope des Very Large Array in den USA genutzt, um nach periodisch wiederkehrenden Radioemissionen des YZ-Ceti-Systems zu suchen, die nicht durch die normale Sternenaktivität erklärbar sind. Tatsächlich detektierten die Astronomen zwei kohärente Radiopulse im Frequenzbereich zwischen zwei und vier Gigahertz, die bei ähnlicher Position des Planeten zu seinem Stern auftraten. „Wir haben den ersten Puls detektiert und schon er sah sehr gut aus“, erinnert sich Pineda. „Als wir dann noch einen sahen, war dies ein Hinweis darauf, dass wir hier wirklich auf etwas gestoßen sein könnten.“ Nähere Analysen ergaben, dass die Radiostrahlung dieser beiden Pulse deutlich polarisiert war, was als mögliches Merkmal solcher vom planetaren Magnetfeld induzierten Strahlenschübe gilt.

Insgesamt stimmten Stärke, Frequenz und Polarisierung der detektierten Radiopulse von YZ Ceti relativ gut mit Modellsimulationen solcher Magnetfeld-Interaktionen zwischen Planet und Stern überein, wie das Team berichtet. Allerdings räumen sie auch ein, dass die Daten bisher nicht eindeutig genug sind, um die Existenz eines Magnetfelds auf YZ Ceti b zu belegen – es sind zu wenige Pulse und sie stimmen in ihren Abständen nicht klar genug mit den erwarteten Intervallen überein. Trotz dieser Uneindeutigkeit sei das Ergebnis aber vielversprechend, so die Astronomen. „Es ist sehr plausibel, dass wir hier einen Treffer haben“, sagt Villadsen. „Aber es ist noch eine Menge an Folgearbeit nötig, bevor wir eine Bestätigung dafür bekommen, dass diese Radiostrahlung wirklich vom planetaren Magnetfeld erzeugt wurden.“ Die Astronomen setzen dabei viel Hoffnung in eine Reihe neuer Radio-Observatorien, die zurzeit im Bau oder in Planung sind. Sie könnten präzisere Beobachtungen dieses Phänomens ermöglichen.

Quelle: J. Sebastian Pineda (University of Colorado, Boulder) und Jackie Villadsen (Bucknell University, Lewisburg), Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-023-01914-0

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar