Op dit moment kunnen wetenschappers alleen met indirecte middelen naar planeten buiten ons zonnestelsel zoeken. Afhankelijk van de methode wordt daarbij gezocht naar tekens van transits voor een ster ( Doorgangsfotometrie ), meet een ster op tekenen van wiebelen ( Doppler-spectroscopie ), op zoek naar licht dat wordt weerkaatst door de atmosfeer van een planeet ( Directe beeldvorming ), en een hele reeks andere methoden.
Op basis van bepaalde parameters kunnen astronomen dan bepalen of een planeet potentieel bewoonbaar is of niet. Echter, een team van astronomen uit Nederland onlangs een studie uitgebracht waarin ze een nieuwe benadering voor de jacht op exoplaneten beschrijven: op zoek naar tekenen van aurorae. Aangezien 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 op te splitsen, 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 produceert de aanwezigheid van dit fenomeen radiogolven met een duidelijke signatuur die kan worden gedetecteerd door radio-observatoria hier op aarde. Dit is precies wat de in Nederland gevestigde astronomen deden met behulp van de Lage frequentie array (LOFAR).
De LOFAR ‘superterp’, onderdeel van de kern van de uitgebreide telescoop in Nederland. Krediet: LOFAR/ASTRON
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 buurland Duitsland, Frankrijk, Zweden, het Verenigd Koninkrijk, Ierland, Polen en Letland.
Zoals ze aangeven in hun onderzoek, dat onlangs in het tijdschrift verscheen Natuur , LOFAR was in staat om het type laagfrequente radiogolven te detecteren dat werd voorspeld van 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 de studie, uitlegde in een NYU pers verklaring :
“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 ster-planeet-interacties worden al meer dan dertig jaar voorspeld, deels op basis van 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 soortgelijke activiteit waargenomen bij Jupiter en zijn grootste manen.
Beelden van de Chandra X-Ray Observatory en de Hubble Space Telescope tonen de aurora's bij Jupiter. Krediet: NASA/CXC/UCL/W.Dunn et al (röntgenfoto); NASA/STScI (optisch)
Interacties tussen het sterke magnetische veld van Jupiter en Io (de binnenste van zijn grootste manen) produceren bijvoorbeeld 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 sterrenstelsel hebben gedetecteerd en ontcijferd.
Zoals Joe Callingham, een postdoctoraal onderzoeker van ASTRON en co-auteur van de studie, aangegeven :
“We hebben de kennis van tientallen jaren radio-observaties van Jupiter aangepast aan het geval van deze ster. Er is al lang voorspeld dat er een opgeschaalde versie van Jupiter-Io zal bestaan in sterplaneetsystemen, 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 beschreven in een studie die verscheen in De astrofysische journaalbrieven .Voor hun studie vertrouwden Pope en zijn collega's op gegevens van de Hoge nauwkeurigheid Radiale snelheid Planet Searcher North (HARPS-N) instrument op de Galileo Nationale Telescoop (TNG), gelegen op het eiland La Palma, Spanje.
Artist’s impression toont de planeet Proxima b in een baan om de rode dwergster Proxima Centauri, de ster die zich het dichtst bij het zonnestelsel bevindt. Krediet: ESO/M. Kornmesser
Met behulp van deze spectroscopische gegevens kon het team de mogelijkheid uitsluiten dat de waargenomen 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 van het tweede artikel, uitgelegd :
“Interagerende dubbelsterren kunnen ook radiogolven uitzenden. Met behulp van optische observaties als follow-up, 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 ter grootte van de aarde is die te klein is om te detecteren met onze optische instrumenten.'
Deze bevindingen zijn bijzonder belangrijk omdat ze verband houden met een rode dwergstersysteem. Vergeleken met onze zon zijn rode dwergen klein, koel en zwak, maar ze zijn ook het meest voorkomende type ster in het heelal - alleen al goed voor 75% van de sterren in de Melkweg. Rode dwergen zijn ook zeer goede kandidaten voor het vinden van terrestrische planeten die zich in een circumsolar bewoonbare zone (HZ) bevinden.
Dit wordt geïllustreerd door recente ontdekkingen zoals: volgende b (de dichtstbijzijnde exoplaneet buiten ons zonnestelsel) en de zeven planeten die om de aarde draaien TRAPPIST-1 . Deze en andere bevindingen hebben astronomen ertoe gebracht te concluderen dat de meeste rode dwergen in een baan om ten minste één terrestrische (ook wel rotsachtige) planeet worden genoemd.
Artistieke impressie van verschillende planeten die rond de ultrakoele rode dwergster TRAPPIST-1 draaien. Krediet: ESO
Rode dwergen staan echter ook bekend om hun sterke magnetische velden en variabele aard, wat betekent dat sterren die in hun HZ's draaien, worden blootgesteld aan intense magnetische en flare-activiteit . Bevindingen als deze hebben aanzienlijke twijfel doen rijzen over de vraag of een planeet die zich in de HZ van een rode dwerg bevindt, al dan niet heel lang leven zou kunnen ondersteunen.
Daarom voorspellen wetenschappers dat elke planeet die rond de HZ van een rode dwergster draait, een sterk magnetisch veld 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 draaien, al dan niet in staat zijn om leven te ondersteunen.
Een artistieke illustratie van een hypothetische exoplaneet die rond een rode dwerg draait. Afbeelding tegoed: NASA/ESA/G. Spek (STScI)
Pope en zijn collega's willen deze methode nu gebruiken om vergelijkbare emissies van andere sterren te vinden. Binnen 20 lichtjaar van ons zonnestelsel zijn er minstens 50 rode dwergsterren, en veel van deze hebben al minstens één planeet die eromheen 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 impact de magnetische activiteit van de ster heeft op de bewoonbaarheid van een exoplaneet, en radio-emissies vormen een groot stuk van die puzzel', zei Vedantham. 'Ons werk heeft aangetoond dat dit haalbaar is met de nieuwe generatie radiotelescopen en heeft ons op een spannend pad gebracht.'
Bekijk zeker deze video van de recente ontdekking, met dank aan ASTRON: