Kein Signal und doch: Erstmals Radiostrahlung direkt von einem Exoplaneten detektiert
Cambridge (USA) – Erstmal ist es einem Astronomieteam gelungen, natürliche Radiostrahlung aus dem All eindeutig einem Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zuzuordnen. Zwar handelt es sich um kein künstliches Signal, sondern um die Radiosignale von Polarlichtern des jungen gasriesen Beta Pictoris b, doch erlauben diese nun erstmals eine direkte Bestimmung der Magnetfeldstärke eines Exoplaneten.
Copyright: ESO L. Calçada/N. Risinger / skysurvey.org
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Wie das Team um K. N. Ortiz Ceballos und E. Berger vom Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics der Yvette Cendes von der University of Oregon vorab via ArXiv.org berichten, beobachteten die ingesamt viermal zwischen 2025 und 2026 die Radiostrahlung aus dem 19,6 Parsec entfernten System Beta Pictoris.
Radiostrahlung eindeutig dem Planeten zugeordnet
Eine besondere Herausforderung bei der Suche nach Radiostrahlung von Exoplaneten besteht darin, zwischen Signalen des Planeten und denen seines Zentralsterns zu unterscheiden, denn auch magnetisch aktive Sterne können kohärente Radiostrahlung erzeugen.
Im Fall des Planeten Beta Pictoris b gelang den Forschern nun eine eindeutige räumliche Zuordnung. Unter anderem mithilfe von neun Quasaren mit bekannten Positionen aus dem Gaia-Referenzsystem konnten sie die Position des beobachteten Radiosignals, das mit der bekannten Position des Planeten Beta Pictoris b übereinstimmte.
Signale im Gigahertz-Bereich
Gleichzeitig unterscheide sich das Signal statistisch deutlich vom Zentralstern oder von dem ebenfalls im System befindlichen Planeten Beta Pictoris c. Damit handelt es sich nach Angaben der Forscher um den ersten Fall, bei dem Radiostrahlung astrometrisch eindeutig einem tatsächlich direkt abgebildeten Exoplaneten zugeordnet werden konnte.
Die Beobachtungen zeigen sowohl schwächere, anhaltende Radiostrahlung als auch wiederkehrende, schnell veränderliche Ausbrüche. Letztere sind zu etwa 40 bis 70 Prozent zirkular polarisiert. Die Kombination aus starker Polarisation und schneller Veränderlichkeit spreche für sogenannte Elektronen-Zyklotron-Maser-Instabilität (ECMI), so die Forschenden. Bei dieser werden Elektronen entlang magnetischer Feldlinien beschleunigt und erzeugen kohärente Radiostrahlung. Die höchste beobachtete Frequenz liegt bei 3,5 Gigahertz. Aus der Beziehung zwischen Zyklotronfrequenz und Magnetfeldstärke ergibt sich daraus eine Feldstärke von mindestens rund 1,25 Kilogauss am Ort der Emission. Damit liegt auch erstmals eine direkte Messung der Magnetfeldstärke eines Exoplaneten vor.
Ein schnell rotierender junger Gasriese
Beta Pictoris b besitzt etwa die zwölffache Masse unseres Jupiters und umkreist seinen jungen, rund 23 Millionen Jahre alten Zentralstern in einer Entfernung von etwa zehn Astronomischen Einheiten (AE = Abstand Sonne-Erde). Der Planet weist zudem eine schnelle Rotation auf: Seine Rotationsperiode wird auf etwa acht bis neun Stunden geschätzt.
Nach dem von den Forschern favorisierten Modell entsteht die beobachtete Radiostrahlung durch eine Kopplung zwischen Magnetosphäre und Ionosphäre des Planeten. Die schnelle Rotation seines Magnetfeldes kann dabei Ströme entlang der Magnetfeldlinien erzeugen. Beschleunigte Elektronen lösen schließlich die beobachtete aurorale ECMI-Strahlung aus. Die Forscher vergleichen diesen Mechanismus mit der Entstehung von Radiostrahlung bei Jupiter und bei sogenannten ultrakühlen Zwergen.
Andere Erklärungen weniger wahrscheinlich
Auch alternative Mechanismen wurden untersucht: Ein durch den Sternwind angetriebener Prozess würde die beobachtete Strahlungsleistung nach den Berechnungen jedoch um etwa drei Größenordnungen unterschätzen. Auch eine Wechselwirkung mit einem hypothetischen Mond – analog zum Io-Jupiter-System – wäre energetisch nicht ausreichend.
Die beobachtete Strahlung und ihre zeitliche Modulation passen dagegen zu einem durch die Rotation des Planeten angetriebenen Prozess. Ein Abstand von etwa acht Stunden zwischen zwei Ausbrüchen entspricht zudem ungefähr der Rotationsperiode von Beta Pictoris b.
Neue Möglichkeit zur Untersuchung von Exoplaneten
Die Beobachtung eröffnet damit einen neuen Zugang zu den Eigenschaften weit entfernter Planeten. Die Radiostrahlung kann Informationen über Magnetfeld, Rotation, Magnetosphäre und deren Wechselwirkung mit der Atmosphäre liefern.
Nach Einschätzung der Autorinnen und Autoren könnten künftige kontinuierliche Radioüberwachungen zudem Rückschlüsse auf die Neigung und Geometrie des Magnetfeldes ermöglichen. Insgesamt sieben weitere direkt abgebildete Gasriesen in fünf anderen Planetensystemen innerhalb von 45 Parsec befinden sich nach Angaben der Forscher in Entfernungen, bei denen eine vergleichbare astrometrische Lokalisierung möglich wäre.
Mit künftigen Radioteleskopen, deren Empfindlichkeit voraussichtlich um den Faktor fünf bis sieben steigen wird, könnten solche Messungen damit auch bei weiteren Exoplaneten möglich werden.
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Recherchequelle: ArXiv.org
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