Ein Magnetfeld um YZ Ceti b?

Verräterische Radiopulse: Astronomen haben ungewöhnliche Radioemissionen vom nur zwölf Lichtjahre entfernten Planetensystem YZ Ceti eingefangen. Sie könnten ein Indiz für magnetische Wechselwirkungen des innersten Planeten mit seinem Stern sein – und damit für ein exoplanetares Magnetfeld. Solche Magnetfelder sind für die Lebensfreundlichkeit eines Planeten entscheidend, wie das Team in „Nature Astronomy“ berichtet. Die Radioemissionen eröffnen die Chance, künftig Magnetfelder um Exoplaneten nachzuweisen.

Wie lebensfreundlich ein Planet ist, hängt auch davon ab, ob er ein Magnetfeld besitzt. Denn dieses schützt seine Oberfläche vor tödlicher kosmischer Strahlung und Sonnenstürmen. Außerdem bewahrt es seine Atmosphäre davor, von diesen Sternenwinden ins All hinaus gerissen zu werden. Fehlt dieser Schutz, kann ein Planet im Laufe der Jahrmilliarden seine Gashülle komplett verlieren, wie wahrscheinlich beim nahen Exoplaneten TRAPPIST-1b der Fall.

Verräterische Radiopulse

Doch wie findet man heraus, ob ein Exoplanet ein Magnetfeld hat? Eine mögliche Methode haben nun J. Sebastian Pineda von der University of Colorado in Boulder und Jackie Villadsen von der Bucknell University an einem nahen Exoplaneten ausprobiert. „Die Idee ist, dafür etwas zu nutzen, das wir extrasolares Weltraumwetter nennen“, erklärt Villadsen. Den Anstoß dafür gab 2021 die Beobachtung, dass einige eher ruhige Rote Zwerge polarisierte, breitbandige Radioemissionen aussenden.

Schon damals vermuteten Astronomen, dass diese Radiopulse auf eine Interaktion des Sterns mit einem Planeten zurückgehen: Wenn der Exoplanet ein Magnetfeld hat und seinen Stern eng umkreist, kann es zu einer Art Rückkopplung kommen. Dabei beschleunigt die Wechselwirkung von planetarem Magnetfeld und dem geladenen Plasma im Umfeld des Sterns Ströme energiereicher Teilchen, die daraufhin Radiostrahlung freisetzen. „Im Prinzip sehen wir dann ein Polarlicht auf dem Stern – diese Radiostrahlung ist nichts anderes“, erklärt Pineda.

Roter Zwerg YZ Ceti als Testobjekt

Im Umkehrschluss bedeutet dies: Wenn man eine solche „Radio-Aurora“ bei einem ansonsten stillen Stern detektiert, könnte dies ein Hinweis auf ein Magnetfeld bei dem Exoplaneten in seinem Orbit sein. Um nach solchen Magnetfeld-Signalen zu suchen, haben Pineda und Villadsen den nur zwölf Lichtjahre entfernten Stern YZ Ceti mit den Radioteleskopen des Very Large Array in den USA anvisiert – und nach periodisch wiederkehrenden Radioemissionen gesucht.

YZ Ceti ist ein ruhiger, langsam rotierender und sehr lichtschwacher Roter Zwerg im Sternbild Wal (Cetus). Er wird von mindestens drei erdgroßen Gesteinsplaneten umkreist. 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.

Mögliches Signal planeteninduzierter Ausbrüche

Tatsächlich wurden die Astronomen fündig: Sie detektierten zwei kohärente Radiopulse mit Frequenzen zwischen zwei und vier Gigahertz. „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, wie für solche vom planetaren Magnetfeld induzierten Strahlenschübe erwartet.

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.

Vielversprechend, aber noch kein Beweis

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. (Nature Astronomy, 2023; doi: 10.1038/s41550-023-01914-0)

Quelle: National Science Foundation