Astronomen haben zum ersten Mal von einem Exoplaneten verursachte Polarlichter in einem Stern aufgezeichnet

Astronomen haben zum ersten Mal von einem Exoplaneten verursachte Polarlichter in einem Stern aufgezeichnet
Astronomen haben zum ersten Mal von einem Exoplaneten verursachte Polarlichter in einem Stern aufgezeichnet
Anonim

Astronomen haben eine ungewöhnliche Radioemission eines ruhigen Sterns entdeckt, die sich am besten durch Wechselwirkungen mit einem nahegelegenen Planeten erklären lässt. In diesem Fall erzeugt die Bewegung von Elektronen entlang der Linien des Magnetfelds starke Polarlichter im Radiobereich an den Polen des Sterns. Ein ähnlicher Mechanismus ist für ein Satelliten-Planetenpaar im Sonnensystem (Jupiter und Io) bekannt, aber es ist das erste Mal, dass er für ein Stern-Exoplaneten-Paar registriert wurde. Die Entdeckung könnte die Grundlage für eine neue Methode zur Erforschung extrasolarer Planeten bilden, schreiben die Autoren in der Fachzeitschrift Nature Astronomy.

Gewöhnliche Sterne sind in der Regel keine starken Quellen von Radiowellen mit Frequenzen unter 150 Megahertz. Es wird angenommen, dass bei der Beobachtung dieser Art von Strahlung diese in inhomogenen Bereichen der Korona in Höhen von mindestens einem Radius des Sterns erzeugt wird. Insbesondere die niederfrequente Strahlung der Sonne kann genutzt werden, um die Struktur der Korona, Massenauswürfe und das Weltraumwetter zu bestimmen.

Alle aufgezeichneten Fälle von wahrnehmbarer Radioemission von Sternen bei Gigahertz-Frequenzen sind mit nichtthermischen Prozessen in den äußeren Schichten verbunden. Darüber hinaus gehört die überwältigende Mehrheit dieser Quellen zu einer der Arten von Objekten mit magnetischer Aktivität, wie zum Beispiel Flare Stars (AD Leo), Leuchten mit schneller Rotation (FK Combustion) oder nahe Doppelsterne (Algol). Bei niedrigeren Frequenzen von Hunderten von Megahertz ist die einzige bekannte stellare Quelle für Radioemission das blinkende UV-Ceti, ein Prototyp der entsprechenden Klasse von Variablen.

Astronomen aus fünf Ländern unter der Leitung von Harish Vedantham von ASTRON entdeckten mit dem europäischen Niederfrequenz-Interferometer LOFAR einen einzigartigen Fall niederfrequenter Strahlung von einem einzigen Roten Zwerg der M-Klasse namens GJ 1151, der sich acht Parsec entfernt befindet hat eine ruhige Atmosphäre und eine schwache Rotation, das heißt, es ist nicht in der Lage, unabhängig so starke Radiowellen zu erzeugen.

Die Leuchte wurde im Rahmen des Vergleichs von Objekten aus dem LOFAR-Katalog mit Sternen gefunden, die laut Daten des Satelliten Gaia nicht weiter als 20 Parsec von der Erde entfernt sind. Der maximale Abstand wurde gewählt, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, Quellen mit geringer absoluter Leuchtkraft zu erkennen und die Wahrscheinlichkeit einer Überlappung verschiedener Quellen zu verringern. Die Radioemission von GJ 1151 wurde in einer von vier Beobachtungssitzungen während des Monats aufgezeichnet. Es hatte einen hohen Polarisationsgrad (64 ± 6 Prozent), was zusammen mit einer hohen Variabilität ein zufälliges Zusammentreffen mit einem extragalaktischen Objekt ausschließt.

Abgesehen von den Parametern von GJ 1151, die für die Erzeugung von Radiowellen ungeeignet sind, stellte sich heraus, dass diese Strahlung anders war als die bekannten Sternenausbrüche, die in zwei große Typen unterteilt werden können. Die erste umfasst inkohärente Gyrosynchrotronstrahlung (ähnlich Sonnenradiostürmen), die sich durch eine geringe Polarisation, eine Helligkeitstemperatur von nicht mehr als 1010 Kelvin, einen weiten Spektralbereich und eine Dauer von vielen Stunden auszeichnet. Die zweite Klasse ist kohärente Strahlung (ähnlich wie Ausbrüche von solarer Radioemission) mit hoher zirkularer Polarisation, einem schmalen momentanen Strahlungsband und einer Dauer von Sekunden bis Minuten. Im Gegensatz zu diesen beiden Typen dauerte die Strahlung von GJ 1151 mehr als acht Stunden, war praktisch frequenzunabhängig im Bereich von 120 bis 167 Megahertz und wies eine hohe zirkulare Polarisation auf.

Astronomen kamen zu dem Schluss, dass dies nur durch die Annahme eines Exoplaneten in enger Umlaufbahn, der in mehreren Tagen eine Umdrehung macht, zufriedenstellend erklärt werden kann. In diesem Fall erzeugt die Bewegung des Planeten durch die Magnetosphäre des Sterns (und Zwerge der M-Klasse haben normalerweise starke Magnetfelder) tatsächlich einen Elektromotor, wie ein Dynamo. Dadurch entstehen starke Elektronenströme, die bei Annäherung an die magnetischen Pole des Sterns starke Radiowellen und Polarlichter in seiner Atmosphäre erzeugen.

Ein ähnlicher Vorgang ist im Sonnensystem bekannt – so entsteht die Radioemission des Jupiter. Dieser Planet hat auch ein spürbares Magnetfeld, und verbunden mit konstanter vulkanischer Aktivität spielt die Atmosphäre des Satelliten Io, der sich in der Nähe des Gasriesen befindet, die Rolle einer Quelle geladener Teilchen. Dadurch entsteht unter geeigneten Bedingungen eine Elektronenzyklotron-Maser-Instabilität, die die Phasen der Strahlung geladener Teilchen synchronisiert und zu einer gerichteten kohärenten Strahlung führt. Es ist auf der Erde mit einer Periodizität fixiert, die der Frequenz von Ios Umlauf um Jupiter entspricht. Es ist bemerkenswert, dass Jupiter bei niedrigen Frequenzen sogar heller ist als die Sonne.

Ein ähnliches Phänomen wurde vor mehr als dreißig Jahren für Sterne vorhergesagt, aber noch nie zuvor beobachtet. Die Autoren vermuten, dass die Strahlung in diesem Fall mit polaren "Funkstrahlen" auf dem Stern verbunden ist, theoretisch jedoch mit der Magnetosphäre des Planeten in Verbindung gebracht werden kann. Dafür muss allerdings das Magnetfeld des Exoplaneten sehr stark sein, was bei einem heißen Jupiter der Fall sein kann, und erdähnliche Planeten findet man viel häufiger bei M-Zwergen, für die keine starken Magnetfelder vorhergesagt werden.

Im weiteren Verlauf der Funkdurchmusterung des LOFAR-Interferometers werden weitere solcher Systeme entdeckt - nach Schätzungen der Astronomen etwa hundert. Da sie alle zur Sonnenumgebung gehören, ist es möglich, sie mit anderen Methoden zu untersuchen, einschließlich der Methode der Radialgeschwindigkeiten. Damit wird es möglich sein, die Umlaufzeit und die Masse des Exoplaneten unabhängig abzuschätzen, um die Korrektheit des Modells zu überprüfen.

Zuvor haben Astronomen herausgefunden, dass die Magnetfelder heißer Jupiter um ein Vielfaches stärker sind als theoretische Vorhersagen, schlugen vor, mit dem FAST-Radioteleskop nach Exoplaneten mit einem Magnetfeld zu suchen, und untermauerten die schützende Rolle des alten Erdmagnetfelds.

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