Exoplaneten könnten bald über Magnetfeld gefunden werden

Schnell rotierende Planeten und Sterne zeigen einen universellen Zusammenhang zwischen Energiefluss im Inneren und ihrem äußeren Magnetfeld. Diese Erkenntnis leitet die Astrophysiker um Ulrich Christensen vom Max-Planck-Institut (MPI) für Sonnensystemforschung zu der Vermutung, dass auch braune Zwerge und große Exoplaneten ein charakteristisches, nachweisbares Magnetfeld besitzen könnten.

Himmelskörper besitzen teils sehr starke Magnetfelder
Himmelskörper besitzen teils sehr starke Magnetfelder

Katlenburg-Lindau - Für die Entwicklung von Sternen spielt es eine wichtige Rolle, wie Magnetfelder in ihrem Inneren entstehen, denn sie steuern etwa den Sternenwind. Bei der Erde schützt uns das Magnetfeld, indem es für Lebewesen schädliche kosmische Strahlung abhält. Wie es genau funktioniert, dass im Inneren der Himmelskörper elektrische Dynamo-Effekte Ströme hervorrufen, die dann wiederum ein Magnetfeld erzeugen, ist Gegenstand aktueller Forschungen.

Ulrich Christensen vom MPI für Sonnensystemforschungen stellte schon 2006 für die Erde und für Jupiter ein Modell vor, bei dem für den Dynamoeffekt die Konvektion im Inneren der Planeten entscheidend ist. Damit das Modell anwendbar ist, müssen die Körper allerdings schnell genug rotieren. Wenn dann heiße Materie aus dem Kern zur Oberfläche steigt, bewegen sich darin auch geladene Teilchen. Zusammen mit der Rotation ergibt sich ein elektrischer Strom, der den Dynamo speist.

Überraschenderweise zeigten Messungen und Simulationen, dass die Rotationsgeschwindigkeit bei schnell rotierenden Sternen und Planeten keinen wesentlichen Einfluss darauf hat, wie stark das magnetische Feld ist, sondern dass der Energiefluss von innen nach außen viel wichtiger ist. Zumindest gilt das bei Sternen und Planeten mit Konvektion im Inneren.

Interessant ist die Stärke der Magnetfelder auch, weil sie im Prinzip einfach gemessen werden kann: zum einen direkt durch die Beobachtung von Spektrallinien von Sternen, denn manche der dunklen Streifen im Spektrum werden breiter, je stärker das Magnetfeld an der Oberfläche ist. Zum anderen wird charakteristische elektromagnetische Strahlung frei, wenn geladene Teilchen sich in starken Magnetfeldern bewegen.

Christensen und Kollegen gingen nun davon aus, dass ihr Modell von 2006 auch für schnell rotierende Sterne funktioniert, die Konvektion zeigen. Die Sonne scheidet hier aus, denn mit etwa 30 Tagen Rotationsperiode dreht sie sich zu langsam, außerdem wird die in der Energie in der Sonne zusätzlich durch Strahlung nach außen transportiert. Nur in einer äußeren Schale überwiegt Konvektion. Messungen bestätigten jedoch genau, dass bei Sternen und Planeten mit passenden Voraussetzungen das Magnetfeld nur vom Energietransport im Inneren abhängt.

Damit kann man prinzipiell erwarten, dass jupiterähnliche Exoplaneten ein Magnetfeld zeigen, das bis zu 100mal stärker ist als das des Jupiters, und braune Zwerge ein bis zu 0,1 Tesla starkes Magnetfeld an ihrer Oberfläche haben. Man rechnet damit, dass diese Objekte intensive Radiostrahlung aussenden, die mit speziellen Teleskopen wie dem Low-Frequency Array (LOFAR) bald messbar sein werden. Gelingt dies, können extrasolare Planeten vielleicht bald über ihre Magnetfelder identifiziert werden.