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Radiosignale verraten verborgene Exoplaneten

Astronomen detektieren ungewöhnliche Radioemission von ruhigen Roten Zwergen

Stellare Aurora
Die Wechselwirkung mit einem verborgenen Planeten könnte Polarlichter und starke Radioemissionen bei einem Roten Zwerg auslösen.© ASTRON

Rätselhafte Signale: Astronomen haben Radiowellen von mehreren Roten Zwergsternen eingefangen, die eigentlich alt und still sein müssten. Da diese Sterne weder Strahlenausbrüche noch Teilchenstürme zeigen, könnten die unerwarteten Radiosignale von einer Wechselwirkung mit noch unerkannten Planeten um diese Roten Zwerge stammen, wie die Forscher im Fachmagazin „Nature Astronomy“ erklären. Sollte sich dies bestätigen, könnte dies eine neue Methode sein, verborgene Exoplaneten aufzuspüren.

Bisher suchen Astronomen vor allem mit zwei Methoden nach Exoplaneten: Bei der Transitmethode fahnden sie nach Planeten, die direkt vor ihrem Stern vorüberziehen und sein Licht dadurch periodisch verdunkeln. Eine Alternative ist die Radialgeschwindigkeit, bei der periodische Verschiebungen im Lichtspektrum das leichte Taumeln des Sterns verraten, das durch die Schwerkraft des ihn umkreisenden Planeten entsteht. Damit wurde unter anderem der zweite Planet um unseren Nachbarn Proxima Centauri gefunden.

Fahndung bei Roten Zwergen

Jetzt haben Astronomen um Joseph Callingham von der Universität Leiden eine mögliche dritte Methode entdeckt. Sie könnte sich vor allem dazu eignen, kleinere Planeten um Rote Zwerge aufzuspüren. Ausgangspunkt war eine Durchmusterung des Himmels im Umkreis von rund 150 Lichtjahren nach Roten Zwergen, die Radiowellen im besonders niedrigfrequenten Bereich aussenden.

Das Team nutzte dafür die Antennen des Low-Frequency Array (LOFAR) in den Niederlanden, das vor allem im Bereich um 144 Megahertz selbst sehr schwache Signale aus dem Grundrauschen herausfiltern kann. „Frühere Suchen in diesem Frequenzbereich waren nicht sensitiv genug, um Signale von normalen Zwergsternen einzufangen, sie konnten nur anomal aktive Sterne detektieren“, erklären die Forscher.

Radioemission passt nicht zu bekannten Ursachen

Doch mit LOFAR wurden die Astronomen fündig. Sie entdeckten 19 Rote Zwerge, die ein deutliches Breitband-Radiosignal aussendeten. Dieses unterschied sich deutlich von dem sonst von Sternen erwarteten: „Die detektierte Emission zeigt klare Abweichungen von der Gigahertz-Emission der meisten Hauptreihensterne, die entweder stundenlang anhält und wenig Polarisation aufweist oder aus kurzen, maximal 30 Minuten langen Pulsen besteht.“

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Stattdessen hielt das Radiosignal der Roten Zwerge im Schnitt rund vier Stunden an und war stark zirkulär polarisiert. „Die Radioemission dieser Sterne ist unabhängig von bekannten Indikatoren für koronare oder chromosphärische Aktivität“, berichten Callingham und sein Team. Damit passe dieses Muster zu keiner der bekannten Ursachen für Radioemissionen von Sternen. „Der Ursprung dieser Radioemission um die ruhigsten Sterne in unserer Stichprobe muss noch ermittelt werden“, so das Team.

Signale von stellaren Polarlichtern

Die wahrscheinlichste Erklärung für diese Radiosignale von den ansonsten ruhigen Roten Zwergen ist nach Ansicht der Forscher eine Art Polarlicht. Ähnlich wie bei der Erde und anderen Planeten im Sonnensystem entsteht dieses durch Wechselwirkungen von geladenen Teilchen aus dem Sternenwind mit Magnetfeldern. Bei schnell rotierenden Roten Zwergen könnte das stellare Magnetfeld selbst der Urheber dieser Auroren sein – ähnlich wie schon bei Braunen Zwergen beobachtet.

Vier der Roten Zwerge jedoch rotieren zu langsam, um selbst ein Polarlicht erzeugen zu können. „Die Radiosignale dieser vier lassen sich am besten durch die Existenz von sie umkreisenden Exoplaneten erklären“, sagt Callingham. „Wir wissen schon lange, dass die Planeten unseres eigenen Sonnensystems starke Radioemissionen aussenden, wenn ihre Magnetfelder mit dem Sonnenwind interagieren.“ Beim Gasriesen Jupiter werde diese Radiosignale verstärkt, weil die inneren Monde im Magnetfeld des Planeten kreisen.

Exoplaneten als Urheber?

Nach Ansicht der Astronomen könnte eine ähnliche Wechselwirkung zwischen den vier langsamen, ruhigen Roten Zwergen und noch unerkannten Exoplaneten in ihrem Orbit bestehen. „Die Radiodichte unserer Probe stimmt gut mit theoretischen Erwartungen für die Wechselwirkungen der häufigsten um solche Roten Zwerge gefundenen terrestrischen Planeten überein“, konstatieren die Forscher.

„Wir können zwar noch nicht 100-prozentig sicher sein, dass diese vier Sterne wirklich Exoplaneten beherbergen, aber wir können sagen, dass die Planet-Stern-Interaktion die bester Erklärung für das ist, was wir hier sehen“, sagt Koautor Benjamin Pope von der University of Queensland. Die Astronomen wollen nun die vier Roten Zwerge weiter beobachten, um die genaue Periodizität der Signale zu ermitteln und so weitere Indizien für mögliche Planeten zu finden.

Neue Chance zur Planetenfahndung

Sollte sich die Hypothese bestätigen, dann könnte dies neue Wege eröffnen, bisher verborgene Planeten um Zwergsterne aufzuspüren: „Diese Entdeckung ist ein wichtiger Schritt für die Radioastronomie und könnte zur Entdeckung von Planeten in der gesamten Galaxie führen“, sagt Pope. Zwar kann die LOFAR-Anlage nur bis etwa 165 Lichtjahre weit ins All hineinlauschen, aber der zurzeit im Bau befindliche Square Kilometre Array in Südafrika wird eine weit größere Reichweite haben. (Nature Astronomy, 2021; doi: 10.1038/s41550-021-01483-0)

Quelle: ASTRON, University of Queensland

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