Extrasolare Magnetosphärenstrahlung entdeckt?

In einer Entfernung von 20 Lichtjahren entdeckten Astronomen möglicherweise ein Objekt mit planetarer Masse, das ein überraschend starkes Magnetfeld besitzt. Dieses Objekt kann den Forschern helfen, magnetische Prozesse auf Sternen und Planeten besser zu verstehen.

Astronomen, die das Karl-Jansky-Very-Large-Array (VLA) der National Sience Foundation einsetzten, haben die erste Entdeckung eines Objekts mit Planetenmasse außerhalb unseres Sonnensystems gemacht. Das Objekte mit etwa zwölffacher Jupitermasse ist ein überraschend starkes magnetisches Kraftpaket und ein Einzelgänger, der ohne die Begleitung eines Muttersterns durch den Weltraum reist.

„Dieses Objekt befindet sich genau an der Grenze zwischen einem Planeten und einem Braunen Zwerg und liefert uns einige Überraschungen, die uns helfen könnten, magnetische Prozesse auf Sternen und Planeten zu verstehen“, sagte Melodie Kao, welche diese Studie leitete, als sie Doktorandin am Caltech war und jetzt Hubble Postdoctoral Fellow an der Arizona State University ist.

Braune Zwerge sind Objekte, die zu massiv sind um als Planeten betrachtet zu werden, aber nicht massiv genug sind, um die Kernfusion von Wasserstoff aufrecht erhalten zu können – jener Prozess der die Sterne antreibt. In den 1960er Jahren schlugen Theoretiker vor, dass solche Objekte existieren würden, aber erst im Jahr 1995 wurde der erste Braune Zwerg entdeckt. Ursprünglich glaubte man, dass sie keine Radiowellen aussenden, aber 2001 enthüllte eine VLA-Entdeckung Radioemissionen und eine starke magnetische Aktivität bei Braunen Zwergen.

Nachfolgende Beobachtungen zeigten, dass einige Braune Zwerge starke Polarlichter haben, ähnlich jenen, die bei den Riesenplaneten unseres Sonnensystems zu finden sind. Die Polarlichter auf der Erde werden durch das Magnetfeld unseres Planeten, das mit dem Sonnenwind interagiert, erzeugt. Einsame Braune Zwerge haben jedoch keinen Sonnenwind von einem nahen Stern mit dem sie interagieren könnten. Wie die Polarlichter bei einsamen Braunen Zwergen entstehen ist noch unklar, aber die Forscher denken, dass die Möglichkeit besteht, dass den Braunen Zwerg ein Planet oder Mond umkreist und mit dem Magnetfeld des Braunen Zwerges interagiert. Solches geschieht ja zwischen Jupiter und seinem Mond Io.

Das seltsame Objekt von der neuesten Studie mit Namen SIMP J01365663+0933473 hat ein Magnetfeld, das mindestens 200 mal stärker ist als das von Jupiter. Das Objekt wurde ursprünglich im Jahr 2016 als einer von fünf Braunen Zwergen entdeckt, die die Wissenschaftler mit dem VLA untersuchten, um neues Wissen über Magnetfelder und deren Mechanismen zu erlangen, mit denen einige der coolsten Objekte starke Radioemissionen erzeugen können. Die Massen von Braunen Zwergen sind bekanntermaßen schwer zu messen und ursprünglich dachte man, es wäre ein alter Brauner Zwerg mit viel mehr Masse.

Letztes Jahr entdeckte ein unabhängiges Team von Wissenschaftlern, dass SIMP J01365663+0933473 Teil einer sehr jungen Gruppe von Sternen ist. Sein junges Alter bedeutet, dass er in der Tat viel weniger massiv ist – nur 12,7 mal so massiv wie Jupiter mit einem Radius, der 1,22 mal größer ist als der von Jupiter und dass es ein frei schwebender Planet sein könnte. Er ist etwa 200 Millionen Jahre alt und hat eine Oberflächentemperatur von etwa 825 Grad Celsius. Im Vergleich dazu beträgt die Oberflächentemperatur der Sonne etwa 5.500 Grad Celsius.

Der Unterschied zwischen einem Gasriesenplaneten und einem Braunen Zwerg wird unter Astronomen heiß diskutiert, aber eine Faustregel gibt es. Es ist jene Masse, bei der die Deuteriumfusion aufhört, und die ist bei 13 Jupitermassen.

Gleichzeitig hat das Caltech-Team, dass die Radioemission bei diesem Objekt im Jahr 2016 entdeckt hatte, dies in einer neuen Studie bei noch höheren Radio-Frequenzen beobachtet und festgestellt, dass sein Magnetfeld noch stärker ist als damals bestätigt wurde.

„Als bekannt wurde, dass SIMP J01365663+0933473 eine Masse nahe dem Limit des Deuterium-Brennens hat, war ich gerade mit der Analyse der neuesten VLA-Daten fertig“, sagte Kao. Die VLA-Beobachtungen lieferten sowohl die erste Entdeckung von Radio-Frequenzen als auch die erste Messung des Magnetfeldes bei einem Objekt planetarer Masse jenseits unseres Sonnensystems.

Ein derart starkes Magnetfeld stellt unser Verständnis des Dynamo-Mechanismus, der die Magnetfelder in Braunen Zwergen und Exoplaneten erzeugt, vor große Herausforderungen und trägt zum Verständnis bei zu sehen, wie die Polarlichter angetrieben werden.

„Dieses besondere Objekt ist aufregend, weil die Untersuchung seiner magnetischen Dynamo-Mechanismen uns neue Erkenntnisse darüber liefern kann, wie die gleiche Art von Mechanismen an extrasolaren Planeten funktionieren kann. Wir nehmen an, dass diese Mechanismen nicht nur in Braunen Zwergen sondern auch in Gasriesen und terrestrischen Planeten funktionieren könnte“, sagte Kao.

„Die Entdeckung von SIMP J01365663+0933473 mit dem VLA durch die Polarlicht-Radioemission bedeutet auch, dass wir einen neuen Weg zur Entdeckung von Exoplaneten haben könnten, einschließlich der schwer fassbaren Einzelgänger, die keinen Mutterstern umkreisen“, sagte Hallinan.

Kao und Hallinan arbeiteten gemeinsam mit J. Sebastian, der auch ein Student am Caltech war und jetzt an der Universität in Boulder/Colorado ist und David Stevenson von Caltech und Adam Burgasser von der Universität in San Diego/Kalifornien. Sie berichteten ihre Ergebnisse im Astrophysical Journal: "The Strongest Magnetic Fields on the Coolest Brown Dwarfs"

6. August 2018/SP
Verein Kuffner-Sternwarte