För närvarande kan forskare bara leta efter planeter bortom vårt solsystem med indirekta medel. Beroende på metoden kommer detta att innebära att leta efter tecken på transiter framför en stjärna ( Transitfotometri ), mäter en stjärna för tecken på vingling ( Dopplerspektroskopi ), letar efter ljus som reflekteras från en planets atmosfär ( Direkt bildbehandling ), och en mängd andra metoder.
Baserat på vissa parametrar kan astronomer sedan avgöra om en planet är potentiellt beboelig eller inte. Men ett team av astronomer från Nederländerna nyligen släppt en studie där de beskriver ett nytt tillvägagångssätt för exoplanetjakt: leta efter tecken på norrsken. Eftersom dessa är resultatet av interaktion mellan en planets magnetfält och en stjärna, kan denna metod vara en genväg till att hitta liv!
För att bryta ner det är interaktioner mellan ett magnetfält och de laddade partiklarna som regelbundet sänds ut av en stjärna (aka. solvind) som orsakar norrsken. Dessutom producerar närvaron av detta fenomen radiovågor som har en distinkt signatur som kan detekteras av radioobservatorier här på jorden. Detta är precis vad de Nederländerna-baserade astronomerna gjorde med hjälp av Low Frequency Array (LOFAR).
LOFAR 'superterp', en del av kärnan i det utökade teleskopet i Nederländerna. Kredit: LOFAR/ASTRON
LOFAR är en mångsidig sensoruppsättning som är ihopkopplad med en dator- och nätverksinfrastruktur för att kunna hantera extremt stora datamängder. Kärnan i arrayen (den ' superterp “) består av ett nätverk av trettioåtta stationer koncentrerade i nordöstra Nederländerna med ytterligare 14 stationer i angränsande Tyskland, Frankrike, Sverige, Storbritannien, Irland, Polen och Lettland.
Som de anger i sin studie, som nyligen dök upp i tidskriften Natur , LOFAR kunde detektera den typ av lågfrekventa radiovågor som förutspåddes från en närliggande stjärna – GJ 1151, en röd dvärg av M-typ över 25 ljusår från jorden. Som Harish Vedantham, en stabsforskare vid ASTRON och huvudförfattaren till studien, förklarade i en NYU pressmeddelande :
'Planetens rörelse genom en röd dvärgs starka magnetfält fungerar som en elektrisk motor ungefär på samma sätt som en cykeldynamo fungerar. Detta genererar en enorm ström som driver norrsken och radiostrålning på stjärnan.'
Dessa typer av interaktioner mellan stjärna och planeter har förutspåtts i över trettio år, delvis baserat på norrskensaktiviteten som har observerats i solsystemet. Även om solens magnetfält inte är tillräckligt starkt för att producera dessa typer av radioemissioner på andra håll i solsystemet, har liknande aktivitet setts med Jupiter och dess största månar.
Bilder från Chandra X-Ray Observatory och Hubble Space Telescope som visar norrskenet vid Jupiter. Kredit: NASA/CXC/UCL/W.Dunn et al (röntgen); NASA/STScI (optisk)
Till exempel producerar interaktioner mellan Jupiters starka magnetfält och Io (den innersta av dess största månar) norrsken och ljusa radiostrålar som till och med överglänser solen vid tillräckligt låga frekvenser. Detta var dock första gången astronomer har upptäckt och dechiffrerat den här typen av radiosignaler från ett annat stjärnsystem.
Som Joe Callingham, en ASTRON-postdoktor och medförfattare till studien, anges :
'Vi anpassade kunskapen från årtionden av radioobservationer av Jupiter till fallet med denna stjärna. En uppskalad version av Jupiter-Io har länge förutspåtts existera i stjärnplanetsystem, och emissionen vi observerade stämmer mycket väl överens med teorin.'
Deras resultat bekräftades av ett andra team vars forskning är detaljerad i en studie som dök upp i The Astrophysical Journal Letters .För sin studie förlitade sig Pope och hans kollegor på data som tillhandahållits av Hög noggrannhet Radiell hastighet Planet Searcher North (HARPS-N) instrument på Galileo National Telescope (TNG), beläget på ön La Palma, Spanien.
Konstnärens intryck visar planeten Proxima b som kretsar kring den röda dvärgstjärnan Proxima Centauri, den stjärna som ligger närmast solsystemet. Kredit: ESO/M. Kornmesser
Med hjälp av dessa spektroskopiska data kunde teamet utesluta möjligheten att de radiosignaler som observerades från GJ 1151 producerades av interaktioner med en annan stjärna. Som Benjamin J. S. Pope, en NASA Sagan Fellow vid New York University och huvudförfattare på den andra uppsatsen, förklarade :
'Interagerande binära stjärnor kan också sända ut radiovågor. Med hjälp av optiska observationer för att följa upp, sökte vi efter bevis på en stjärnkompanjon som maskerade sig som en exoplanet i radiodata. Vi uteslöt det här scenariot mycket starkt, så vi tror att den mest sannolika möjligheten är en planet i jordstorlek för liten för att upptäcka med våra optiska instrument.'
Dessa fynd är särskilt betydelsefulla eftersom de är relaterade till ett rött dvärgstjärnsystem. Jämfört med vår sol är röda dvärgar små, svala och mörka, men de är också den vanligaste typen av stjärna i universum – de står för 75 % av stjärnorna enbart i Vintergatan. Röda dvärgar är också mycket bra kandidater för att hitta jordiska planeter som ligger inom en circumsolar beboelig zon (HZ).
Detta exemplifieras av nya upptäckter som Nästa b (den närmaste exoplaneten bortom vårt solsystem) och de sju planeterna som kretsar TRAPPIST-1 . Dessa och andra fynd har fått astronomer att dra slutsatsen att de flesta röda dvärgar kretsar kring minst en jordbunden (aka. stenig) planet.
Konstnärens intryck som visar flera av planeterna som kretsar kring den ultracoola röda dvärgstjärnan TRAPPIST-1. Kredit: ESO
Röda dvärgar är dock också kända för sina starka magnetfält och varierande natur, vilket innebär att stjärnor som kretsar i deras HZ skulle utsättas för intensiva magnetiska och blossaktivitet . Fynd som dessa har ställt stora tvivel om huruvida en planet belägen i HZ för en röd dvärg skulle kunna försörja liv mycket länge.
På grund av detta förutspår forskare att varje planet som kretsar runt med en röd dvärgstjärnas HZ skulle behöva en starkt magnetfält för att säkerställa att solflammor och laddade partiklar inte helt avlägsnar deras atmosfärer och gör dem helt obeboeliga. Därför erbjuder denna upptäckt inte bara ett nytt och unikt sätt att undersöka miljön kring exoplaneter, den erbjuder också ett sätt att avgöra om de är beboeliga.
Genom att söka efter lågfrekventa radioemissioner kunde astronomer inte bara upptäcka exoplaneter utan också mäta styrkan på deras magnetfält och intensiteten av deras stjärnas strålning. Dessa fynd kommer att gå långt för att avgöra om stenplaneter som kretsar kring röda dvärgstjärnor är kapabla att stödja liv eller inte.
En konstnärs illustration av en hypotetisk exoplanet som kretsar kring en röd dvärg. Bildkredit: NASA/ESA/G. Bacon (STScI)
Pope och hans kollegor försöker nu använda denna metod för att hitta liknande utsläpp från andra stjärnor. Inom 20 ljusår från vårt solsystem finns det minst 50 röda dvärgstjärnor, och många av dessa har redan visat sig ha minst en planet som kretsar kring dem. Både Vedanthams och Popes team förutser att denna nya metod kommer att öppna upp ett nytt sätt att hitta och karakterisera exoplaneter.
'Det långsiktiga målet är att avgöra vilken inverkan stjärnans magnetiska aktivitet har på en exoplanets beboelighet, och radioutsläpp är en stor pusselbit', sa Vedantham. 'Vårt arbete har visat att det här är lönsamt med den nya generationen radioteleskop och satt oss på en spännande väg.'
Se till att kolla in den här videon av den senaste upptäckten, med tillstånd av ASTRON: