Astronomen der Thüringer Landessternwarte haben – im Team mit internationalen Forscherinnen und Forschern – starke Hinweise gefunden, dass der extrasolare Planet GJ 436 b ein Magnetfeld hat. Der Hinweis auf Magnetismus auf Planeten außerhalb unseres Sonnensystems ist ein wichtiger Schritt hin zum Verständnis, welche Voraussetzungen erfüllt sein müssen, damit sich Leben entwickeln kann. Ein Artikel in der Fachzeitschrift "Science" erklärt, wie die Forschenden dem Magnetfeld auf die Spur gekommen sind.
Welche Bedingungen müssen gegeben sein, damit auf einem Planeten Leben entstehen kann? Das ist eine zentrale Frage für Forschende, die extrasolare Planeten (Planeten um andere Sterne als die Sonne) beobachten. Eine wichtige "Zutat" ist, dass der Planet ein Magnetfeld besitzt. Der Grund: Ein Magnetfeld sorgt für stabile Bedingungen, schützt die Atmosphäre und ist deshalb wichtig für die Entwicklung von Leben.
Astronomen wissen nicht, wie viele extrasolare Planeten ein Magnetfeld haben. Denn es ist sehr schwierig, Magnetismus bei Planeten außerhalb unseres Sonnensystems nachzuweisen. Ein Forschungsteam unter der Leitung des Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) in Granada, Spanien, hat nun eine Untersuchung veröffentlicht, die erstmals belegt, dass ein extrasolarer Planet seinen Stern direkt beeinflussen kann. Die Ergebnisse sind die bislang stärksten Hinweise, dass ein extrasolarer Planet ein Magnetfeld besitzen kann.
Künstlerische Darstellung der Wechselwirkung zwischen dem Stern GJ 436 und dem Exoplaneten GJ 436 b. Quelle: IAA-CSIC/LampScienceFür die Studie untersuchte das Forschungsteam* Beobachtungsdaten des masse-armen Sterns GJ 436 und seines Planeten GJ 436 b. Der neptun-ähnliche Planet umkreist seinen Stern innerhalb von 2,6 Tagen auf einer engen Umlaufbahn. "Wir haben beobachtet, dass der neptun-ähnliche Planet GJ 436 b regelmäßige Variationen in den Emissionslinien des Sterns bei bestimmten Wellenlängen verursacht", sagt Daniel Revilla, Forscher am IAA-CSIC. Er ist der Hauptautor des Artikels, der vor kurzem in der Fachzeitschrift "Science" erschienen ist. Zu den Autoren zählen auch Artie Hatzes, Wissenschaftler an der Thüringer Landessternwarte, und Sandra Jeffers, Gastwissenschaftlerin an der Thüringer Landessternwarte. Das Forscherteam analysierte über einen längeren Zeitraum, wie und wann diese Variationen im Stern auftreten. So konnten sie herleiten, wie stark das Magnetfeld seines Planeten ist.
Magnetfeld des Planeten wirkt sich auf Atmosphäre des Sterns aus
Ob ein Planet ein Magnetfeld hat oder nicht, kann sich auf seine langfristige Entwicklung auswirken. Der Vergleich der Planeten Erde und Mars verdeutlicht das. Die Erde besitzt ein Magnetfeld. Es wirkt als Schutzschild gegen Sonnenwinde und verhindert, dass sich die Erdatmosphäre im Lauf der Zeit auflöst. Mars hingegen hat sein Magnetfeld verloren, so dass seine Atmosphäre verschwand. Ob ein Planet ein Magnetfeld besitzt, ist deshalb eine Schlüsselfrage bei der Einschätzung, ob dort möglicherweise Leben entstehen könnte.
Typischerweise dominiert der Stern das Verhältnis zu den Planeten, die ihn umkreisen. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen jedoch, dass auch ein Planet auf seinen Stern einwirken kann, wenn er eng um den Stern kreist. Der Planet GJ 436 b hinterlässt beobachtbare Signale, die es den Forschenden erlauben, die Existenz und die Intensität seines Magnetfelds herzuleiten.
Magnetfeld des Planeten überträgt Energie auf den Stern
Künstlerische Darstellung der Störung der magnetischen Aktivität des Sterns GJ 436, einem Phänomen ähnlich den Nordlichtern auf Erde, aber in einem stellaren Maßstab. Quelle: IAA-CSIC/LampScienceDas Magnetfeld des Planeten interagiert mit dem Magnetfeld des Sterns und überträgt Energie auf seine Chromosphäre, das ist eine der oberen Schichten seiner Atmosphäre. Dieser Vorgang verursacht ein Phänomen vergleichbar mit den Nordlichtern auf der Erde, aber in einem stellaren Maßstab.
Die Interaktion zwischen dem Planeten und dem Stern wird nicht kontinuierlich wahrgenommen. Das Phänomen wurde in den Jahren 2008, 2016 und 2024 beobachtet. Diese regelmäßige Wiederkehr im Abstand von acht Jahren stimmt mit dem Zyklus der magnetischen Aktivität des Sterns überein. Das deutet darauf hin, dass die Interaktion dann sehr intensiv wird – oder leichter zu beobachten –, wenn der Stern bestimmte Phasen seines Magnet-Zyklus durchläuft. Für die Beobachtungen kamen zwei Instrumente zum Einsatz: der CARMENES-Spektrograf am spanischen Calar Alto Observatorium und der HARPS-Spektrograf am 3,6-Meter-Teleskop der Europäischen Südsternwarte (ESO) in La Silla, Chile.
Der Vergleich der Beobachtungen mit theoretischen Modellen ermöglichte dem Team, die Stärke des Magnetfelds zu schätzen. Das ist in Bezug auf einen extrasolaren Planeten keine leichte Aufgabe. "GJ 436 b ist zwar kleiner als Jupiter, könnte aber ein Magnetfeld haben, das zwischen 2,33 und 27 Mal stärker als das des Jupiters ist", sagt Pedro J. Amado, Mitautor der Studie und Forscher am IAA-CSIC.
"Wir modellieren die beobachtete Wechselwirkung zwischen den Magnetfeldern des Exoplaneten und des Sterns, so können wir die Stärke des Magnetfelds des Planeten bestimmen. Dies wurde zum ersten Mal für einen Exoplaneten durchgeführt. Deshalb sind diese Ergebnisse wichtig", ordnet Artie Hatzes von der Thüringer Landessternwarte die Bedeutung des Forschungsergebnisses ein.
Die Beobachtungen und die Modellierung der Daten eröffnen eine einzigartige Gelegenheit, das Magnetfeld eines Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zu untersuchen. "Bisher war es sehr schwierig, das Magnetfeld eines extrasolaren Planeten zu messen. Diese Eigenschaft ist der Schlüssel um zu wissen, ob ein Planet seine Atmosphäre schützen kann und ob er Bedingungen für Leben aufrechterhalten kann", fasst Daniel Revilla zusammen.
* Zum internationalen Team gehören Astronominnen und Astronomen von mehreren spanischen Forschungseinrichtungen, darunter das Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) und das Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA), Madrid. Forschende der Thüringer Landessternwarte Tautenburg, der Landessternwarte, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg sowie des Instituts für Astrophysik und Geophysik der Georg-August-Universität, Göttingen, sind ebenfalls beteiligt. Zudem wirkten Wissenschaftler:innen aus den USA, Israel, Italien und Zypern mit.
Weitere Links
Fachartikel in "Science": "Constraining an exoplanet’s magnetic field using star-planet interactions"
Pressemitteilung des Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC)