Exoplaneten - Welten, die ferne Sonnen umkreisen - sind sehr, sehr weit entfernt. Astronomen lernen, wie manche aussehen und was sich in ihrer Atmosphäre befindet. Bald - zum ersten Mal - wird ein neues Teleskop in der Lage sein, einige Exoplaneten zu "sehen".
Bisher wurde bestätigt, dass etwas mehr als 4.000 Exoplaneten andere Sterne umkreisen. Viele weitere warten darauf, verifiziert und entdeckt zu werden. Obwohl sie so weit entfernt sind, konnten die Wissenschaftler erste Hinweise darauf gewinnen, wie einige von ihnen aussehen, ob es sich um große Gasriesen wie den Jupiter oder kleinere felsige Welten wie die Erde handelt und was sich in ihrer Atmosphäre befindet. Jetzt kann ein neues Radioteleskop in Frankreich einige dieser exotischen Welten „sehen“, indem es deren Magnetfelder untersucht. Ein aktives Magnetfeld würde auf einen Planeten verweisen, in dessen Innerem sich ein magnetischer Dynamo befindet, ein aufgewühlter flüssiger Metallkern.
Das Teleskop wird Teil des Low Frequency Array (LOFAR) sein, eines europäischen Radioteleskop-Arrays mit Sitz in den Niederlanden. Das neue Instrument selbst, die neue Erweiterung in Nançay zur Aufrüstung von LOFAR (NenuFAR), befindet sich in der Radioastronomiestation Nançay in Frankreich. Eine der Hauptaufgaben von LOFAR ist die Ortung von Funksignalen von den frühesten Sternen im Universum. Es wird aber auch nach Hinweisen auf Magnetfelder in der Umgebung von Exoplaneten suchen. Laut der Astrophysikerin Evgenya Shkolnik von der Arizona State University in Tempe:
Es ist eine Untersuchung der internen Struktur, zu der es derzeit keine andere Möglichkeit gibt.
Es wird erwartet, dass LOFAR seine erste Entdeckung ziemlich bald machen kann, wie Shkolnik bemerkte:
Es ist nur eine Frage der Zeit, wahrscheinlich Monate.
Die NenuFAR-Teleskopantennen in Frankreich, Teil von LOFAR. NenuFAR kann in heiße Jupiter-Exoplaneten „hineinsehen“ und deren Magnetfelder messen. Bild über Laurent Denis / Station De Radioastronomie De Nançay / Wissenschaft.
In der Lage zu sein, die Magnetfelder von Exoplaneten zu erfassen und zu untersuchen, ist wichtig, da diese Magnetfelder Hinweise darauf geben können, wie sich der Planet gebildet hat und wie seine potenzielle Lebensfähigkeit ist. Beispielsweise schützt das Erdmagnetfeld die Oberfläche vor tödlichen kosmischen Strahlen und geladenen Partikeln der Sonne. Es hilft auch, die Atmosphäre davor zu schützen, in den Weltraum entzogen zu werden, wie es beim Mars der Fall ist, der nur noch ein sehr schwaches Magnetfeld hat. Wie Jean-Mathias Griessmeier von der Universität Orléans in Frankreich sagte:
Dies öffnet eine zusätzliche Tür, um Exoplaneten aus der Ferne zu untersuchen.
Wissenschaftler werden auch in der Lage sein, die Magnetfelder von Exoplaneten mit denen in unserem Sonnensystem zu vergleichen, um festzustellen, wie ähnlich oder unterschiedlich sie sind. Sind die Planeten in unserem Sonnensystem typisch?
Heiße Jupiter sind Gasriesenplaneten, die sehr nahe an ihren Sternen kreisen. NenuFAR wird in der Lage sein, einige von ihnen zu „sehen“, indem es ihre Magnetfelder untersucht. Bild über NASA / ESA / J.Bacon / Science Alert.
Die Möglichkeiten von LOFAR und NenuFAR sind jedoch begrenzt. Die Magnetfelder der meisten Exoplaneten wären aufgrund der immensen Entfernungen zu schwach, um erfasst zu werden. Selbst Jupiters wäre schwer zu finden, wenn es Lichtjahre von uns entfernt wäre. Aber gerade für eine Art Exoplaneten - heiße Jupiter - wäre es eine einfachere Aufgabe. Heiße Jupiter, Gasriesen, die sehr nahe an ihren Sternen kreisen, sollten stärkere Magnetfelder haben, da sie von einem stärkeren Sternwind getroffen werden. Auf diese Weise könnten mehr Elektronen von der Magnetosphäre des Planeten in ein Signal umgewandelt werden, das potenziell a millionenfach stärker als bei Jupiter.
NenuFAR wird die Fähigkeit von LOFAR, diese fremden Magnetfelder von heißen Jupitern aus zu erfassen, erheblich verbessern, da es für niedrigere Frequenzen von unter 85 Megahertz (MHz) - dem unteren Ende des FM-Radiobandes - bis auf 10 MHz empfindlicher ist Die Ionosphäre blockiert alle Signale aus dem Weltraum. Irgendwann werden fast 2.000 der pyramidenförmigen Drahtgitterantennen an der Suche beteiligt sein, von denen die meisten in einem Kern von 400 Metern (1.300 Fuß) enthalten sind. Magnetfelder von felsigen Planeten wie der Erde werden jedoch wahrscheinlich zu schwach sein, um mit dem aktuellen NenuFAR-Array gefunden zu werden, da sie unter der 10-MHz-Grenze liegen würden.
Jupiter hat ein starkes Magnetfeld - für das menschliche Auge unsichtbar -, das wahrscheinlich dem vieler anderer Jupiter-ähnlicher Exoplaneten ähnelt. Bild über die NASA / Space Answers.
Es sollte nicht allzu lange dauern, bis die ersten Erkennungen durchgeführt werden, vielleicht nur eine Frage von Monaten, wie Shkolnik sagte, da NenuFAR bereits seit Juli aktiv ist. Derzeit sind 60% der Antennen des Arrays betriebsbereit, und bis Ende des Jahres werden voraussichtlich 80% der Hardware installiert sein, bis weitere Mittel zur Verfügung stehen. Derzeit sind 80% der 15 Mio. EUR, die für den Bau und Betrieb des Arrays benötigt werden, von staatlichen Geldgebern, Universitäten und lokalen Behörden gesichert.
NenuFAR wird sich in tagelangen Beobachtungsläufen auf ein Dutzend oder so bekannter heißer Jupiter konzentrieren. Weitere Observatorien wie das Owens Valley Long Wavelength Array (OVRO-LWA) in Kalifornien werden hinzukommen, das bei seiner Fertigstellung im nächsten Jahr 352 Antennen haben wird. Dieses Array ist jedoch nicht so empfindlich wie NenuFAR und scannt den gesamten Himmel, anstatt nur ausgewählte bekannte heiße Jupiter zu betrachten, in der Hoffnung, seltene große Signalstöße zu erkennen, die durch koronale Massenauswürfe auf den Magneten eines Planeten erzeugt werden Feld. Das Erkennen und Analysieren der Magnetfelder von felsigen Exoplaneten wie der Erde muss auf ähnliche Teleskope warten, die sich im Weltraum oder auf der anderen Seite des Mondes befinden, um der Ionosphäre der Erde zu entkommen, die Funkemissionen von weniger als 10 MHz blockiert.
NenuFAR und ähnliche zukünftige Teleskopanordnungen, die darauf folgen, werden einen weiteren wichtigen Schritt zum Verständnis der Entstehung und Entwicklung von Exoplaneten und ihrer Ähnlichkeit und Verschiedenheit mit Planeten in unserem eigenen Sonnensystem darstellen.
Fazit: Mit einem neuen Radioteleskop können Wissenschaftler in Kürze die heißen Jupiter-Exoplaneten „sehen“ und erstmals ihre Magnetfelder messen.