Momenteel kunnen wetenschappers alleen met indirecte middelen naar planeten buiten ons zonnestelsel zoeken. Afhankelijk van de methode houdt dit in dat je zoekt naar tekenen van doorgangen voor een ster (Transit Photometry), een ster meet op tekenen van wiebelen (Doppler Spectroscopy), op zoek naar licht dat wordt gereflecteerd door de atmosfeer van een planeet (Direct Imaging) en een tal van andere methoden.
Op basis van bepaalde parameters kunnen astronomen vervolgens bepalen of een planeet al dan niet bewoonbaar is. Echter, een team van astronomen uit Nederland heeft onlangs een studie gepubliceerd waarin ze een nieuwe benadering beschrijven voor de jacht op exoplaneten: zoeken naar tekenen van aurorae. Omdat deze het resultaat zijn van interactie tussen het magnetische veld van een planeet en een ster, kan deze methode een kortere weg zijn naar het vinden van leven!
Om het af te breken, zijn interacties tussen een magnetisch veld en de geladen deeltjes die regelmatig worden uitgezonden door een ster (ook bekend als zonnewind) de oorzaak van aurorae. Bovendien veroorzaakt de aanwezigheid van dit fenomeen radiogolven die een duidelijke signatuur hebben die kunnen worden gedetecteerd door radio-observatoria hier op aarde. Dit is precies wat de in Nederland gevestigde astronomen deden met de Low Frequency Array (LOFAR).
LOFAR is een multifunctionele sensorarray die is gekoppeld aan een computer en netwerkinfrastructuur om extreem grote hoeveelheden gegevens aan te kunnen. De kern van de array (de "superterp") bestaat uit een netwerk van achtendertig stations geconcentreerd in het noordoosten van Nederland met 14 extra stations in het aangrenzende Duitsland, Frankrijk, Zweden, het VK, Ierland, Polen en Letland.
Zoals ze aangeven in hun onderzoek, dat onlangs in het tijdschrift verscheen NatuurKon LOFAR het type laagfrequente radiogolven detecteren dat werd voorspeld door een nabije ster - GJ 1151, een M-type rode dwerg op meer dan 25 lichtjaar van de aarde. Zoals Harish Vedantham, een stafwetenschapper bij ASTRON en de hoofdauteur van studie, uitlegde in een persverklaring van de NYU:
"De beweging van de planeet door het sterke magnetische veld van een rode dwerg werkt als een elektrische motor, ongeveer zoals een fietsdynamo werkt. Dit genereert een enorme stroom die aurorae en radio-emissie op de ster aandrijft. ”
Dit soort interacties tussen sterren en planeten worden al meer dan dertig jaar voorspeld, gedeeltelijk gebaseerd op de aurora-activiteit die in het zonnestelsel is waargenomen. Hoewel het magnetische veld van de zon niet sterk genoeg is om dit soort radio-emissies elders in het zonnestelsel te produceren, is vergelijkbare activiteit waargenomen bij Jupiter en zijn grootste manen.
Interacties tussen bijvoorbeeld het sterke magnetische veld van Jupiter en Io (de binnenste van zijn grootste manen) produceren aurora's en heldere radio-emissies die zelfs de zon overtreffen bij voldoende lage frequenties. Dit was echter de eerste keer dat astronomen dit soort radiosignalen van een ander zonnestelsel hebben gedetecteerd en ontcijferd.
Zoals Joe Callingham, een postdoctoraal onderzoeker van ASTRON en co-auteur van de studie, aangaf:
“We hebben de kennis van tientallen jaren radio-observaties van Jupiter aangepast aan het geval van deze ster. Er wordt al lang voorspeld dat een opgeschaalde versie van Jupiter-Io zal bestaan in sterrenplaneetsystemen, en de emissie die we hebben waargenomen past heel goed in de theorie. ”
Hun bevindingen werden bevestigd door een tweede team wiens onderzoek gedetailleerd is in een studie die verscheen in The Astrophysical Journal Letters. Voor hun studie vertrouwden Pope en zijn collega's op gegevens van het High Accuracy Radial velocity Planet Searcher North (HARPS-N) -instrument op de Galileo National Telescope (TNG), gelegen op het eiland La Palma, Spanje.
Met behulp van deze spectroscopische gegevens kon het team de mogelijkheid uitsluiten dat de radiosignalen afkomstig van GJ 1151 werden geproduceerd door interacties met een andere ster. Zoals Benjamin J. S. Pope, een NASA Sagan Fellow aan de New York University en de hoofdauteur op het tweede artikel, uitlegde:
“Interactieve dubbelsterren kunnen ook radiogolven uitzenden. Door optische waarnemingen te gebruiken, zochten we naar bewijs van een stellaire metgezel die zich voordeed als een exoplaneet in de radiogegevens. We hebben dit scenario zeer sterk uitgesloten, dus we denken dat de meest waarschijnlijke mogelijkheid een planeet op aarde is die te klein is om te detecteren met onze optische instrumenten. ”
Deze bevindingen zijn bijzonder belangrijk omdat ze verband houden met een rood dwergsterrensysteem. Vergeleken met onze zon zijn rode dwergen klein, koel en vaag, maar ze zijn ook het meest voorkomende type ster in het heelal - ze vertegenwoordigen alleen al 75% van de sterren in de Melkweg. Rode dwergen zijn ook zeer goede kandidaten voor het vinden van terrestrische planeten binnen een circumsolar bewoonbare zone (HZ).
Dit wordt geïllustreerd door recente ontdekkingen zoals Proxima b (de dichtstbijzijnde exoplaneet buiten ons zonnestelsel) en de zeven planeten die TRAPPIST-1 cirkelen. Deze en andere bevindingen hebben ertoe geleid dat astronomen tot de conclusie zijn gekomen dat de meeste rode dwergen in een baan om ten minste één terrestrische (ook wel rotsachtige) planeet draaien.
Rode dwergen staan echter ook bekend om hun sterke magnetische velden en variabele aard, wat betekent dat sterren die in hun HZ's cirkelen, zouden worden onderworpen aan intense magnetische en overstraling. Bevindingen als deze hebben aanzienlijke twijfel doen rijzen of een planeet in de HZ van een rode dwerg het leven heel lang zou kunnen ondersteunen.
Daarom voorspellen wetenschappers dat elke planeet die in een baan draait met de HZ van een rode dwergster een sterk magnetisch veld nodig heeft om ervoor te zorgen dat zonnevlammen en geladen deeltjes hun atmosfeer niet volledig wegnemen en volledig onbewoonbaar maken. Daarom biedt deze ontdekking niet alleen een nieuwe en unieke manier om de omgeving rond exoplaneten te onderzoeken, het biedt ook een manier om te bepalen of ze bewoonbaar zijn.
Door te zoeken naar laagfrequente radio-emissies konden astronomen niet alleen exoplaneten detecteren, maar ook de sterkte van hun magnetische velden en de intensiteit van de straling van hun ster meten. Deze bevindingen zullen een grote bijdrage leveren aan het bepalen of rotsachtige planeten die in een baan om rode dwergsterren leven al dan niet in staat zijn om het leven te ondersteunen.
Paus en zijn collega's proberen deze methode nu te gebruiken om vergelijkbare emissies van andere sterren te vinden. Binnen 20 lichtjaar van ons zonnestelsel zijn er minstens 50 rode dwergsterren, en van veel van deze is al gevonden dat er minstens één planeet om hen heen draait. Zowel de teams van Vedantham als Pope verwachten dat deze nieuwe methode een nieuwe manier zal openen om exoplaneten te vinden en te karakteriseren.
"Het doel op lange termijn is om te bepalen welke invloed de magnetische activiteit van de ster heeft op de bewoonbaarheid van een exoplaneet, en radio-emissies zijn een groot deel van die puzzel", zei Vedantham. "Ons werk heeft aangetoond dat dit haalbaar is met de nieuwe generatie radiotelescopen en zet ons op een spannend pad."
Bekijk zeker deze video van de recente ontdekking, met dank aan ASTRON:
