För närvarande kan forskare bara leta efter planeter bortom vårt solsystem med indirekta medel. Beroende på metod kommer detta att innebära att leta efter tecken på transiter framför en stjärna (Transit Photometry), mäta en stjärna för tecken på wobble (Doppler Spectroscopy), leta efter ljus reflekterat från en planetens atmosfär (Direct Imaging) och en många andra metoder.
Baserat på vissa parametrar kan astronomer sedan avgöra om en planet är potentiellt bebörlig eller inte. Emellertid släppte ett team av astronomer från Nederländerna nyligen en studie där de beskriver en ny metod för exoplanet-jakt: letar efter tecken på auroraer. Eftersom det här är resultatet av interaktion mellan planetens magnetfält och en stjärna, kan denna metod vara en genväg för att hitta liv!
För att bryta ner det är interaktioner mellan ett magnetfält och de laddade partiklarna som regelbundet släpps ut av en stjärna (alias solvind) som orsakar auroraer. Dessutom producerar förekomsten av detta fenomen radiovågor som har en tydlig signatur som kan upptäckas av radioobservatorier här på jorden. Detta är precis vad de nederländska baserade astronomerna gjorde med hjälp av Low Frequency Array (LOFAR).
LOFAR är en mångfaldig sensoruppsättning som är parad med en dator- och nätverksinfrastruktur för att hantera extremt stora datamängder. Kärnan i matrisen (”superterpen”) består av ett nätverk av trettioåtta stationer koncentrerade i nordost om Nederländerna med ytterligare 14 stationer i angränsande Tyskland, Frankrike, Sverige, Storbritannien, Irland, Polen och Lettland.
Som de indikerar i sin studie, som nyligen dök upp i tidskriften Natur, LOFAR kunde upptäcka vilken typ av lågfrekventa radiovågor som förutses från en närliggande stjärna - GJ 1151, en M-typ röd dvärg över 25 ljusår från Jorden. Som Harish Vedantham, en personalforskare vid ASTRON och ledande författare till studien, förklarade i ett pressmeddelande från NYU:
”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 auroréer och radioutsläpp på stjärnan. ”
Sådana interaktioner mellan stjärna-planet har förutsagts i över trettio år, delvis baserat på den auroreaktivitet som har observerats i solsystemet. Medan solens magnetfält inte är tillräckligt starkt för att producera dessa typer av radioutsläpp någon annanstans i solsystemet, har liknande aktivitet setts med Jupiter och dess största månar.
Exempelvis ger interaktioner mellan Jupiters starka magnetfält och Io (den innersta av dess största månar) auroror och ljusa radioutsläpp som till och med överträffar solen vid tillräckligt låga frekvenser. Detta var dock första gången astronomer har upptäckt och dechiffrat denna typ av radiosignaler från ett annat stjärnsystem.
Som Joe Callingham, en ASTRON postdoktor och en medförfattare till studien, indikerade:
”Vi anpassade kunskapen från decennier av radioobservationer av Jupiter till fallet med denna stjärna. En uppskalad version av Jupiter-Io har länge förutsagts att existera i stjärn-planet-system, och utsläppet vi observerade passar teorin mycket bra. ”
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 påven och hans kollegor data som tillhandahölls av instrumentet High Search Radial Speed Planet Searcher North (HARPS-N) på Galileo National Telescope (TNG), beläget på ön La Palma, Spanien.
Med hjälp av denna spektroskopiska data kunde teamet utesluta möjligheten att radiosignalerna som observerades från GJ 1151 producerades genom interaktioner med en annan stjärna. Som Benjamin J. S. Pope, en NASA Sagan Fellow vid New York University och huvudförfattaren på det andra tidningen, förklarade:
”Samverkande binära stjärnor kan också avge radiovågor. Med hjälp av optiska observationer för att följa upp sökte vi efter bevis på att en stjärna följeslagare maskerade som en exoplanet i radiodata. Vi uteslutte detta scenario mycket starkt, så vi tror att den mest troliga möjligheten är en jordstorlek planet för liten för att detektera 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 svaga, men är också den vanligaste stjärnstypen i universumet - och står för 75% av stjärnorna i Vintergatan ensam. Röda dvärgar är också mycket goda kandidater för att hitta markplaneter som ligger inom en cirkumsolär beboelig zon (HZ).
Detta exemplifieras av nyare upptäckter som Proxima b (den närmaste exoplaneten bortom vårt solsystem) och de sju planeterna som går runt TRAPPIST-1. Dessa och andra fynd har fått astronomer att dra slutsatsen att de flesta röda dvärgar kretsar om minst en markjord (alias stenig) planet.
Röda dvärgar är emellertid också kända för sina starka magnetfält och variabla karaktär, vilket innebär att stjärnor som kretsar i deras HZ: er skulle utsättas för intensiv magnetisk och flare aktivitet. Fynd som dessa har väckt stort tvivel om huruvida en planet som ligger i HZ för en röd dvärg kan stödja livet mycket länge.
På grund av detta förutspår forskare att varje planet som kretsar med en röd dvärgstjärns HZ skulle behöva ett starkt magnetfält för att säkerställa att solfacklar och laddade partiklar inte helt avlägsnar atmosfären 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 bebodda.
Genom att söka efter lågfrekventa radioutsläpp kunde astronomer inte bara upptäcka exoplaneter utan också mäta styrkan hos deras magnetfält och intensiteten i deras stjärnas strålning. Dessa fynd kommer att gå långt mot att avgöra om klippiga planeter som kretsar runt röda dvärgstjärnor kan stödja livet.
Påven och hans kollegor vill nu använda denna metod för att hitta liknande utsläpp från andra stjärnor. Inom 20 ljusår efter vårt solsystem finns det minst 50 röda dvärgstjärnor, och många av dessa har redan visat sig ha minst en planet som kretsar runt dem. Både Vedanthams och Pope-team förväntar sig att denna nya metod kommer att öppna upp ett nytt sätt att hitta och karakterisera exoplaneter.
"Det långsiktiga målet är att bestämma vilken påverkan stjärnans magnetiska aktivitet har på en exoplanets livsmiljö, och radioutsläpp är en stor del av det pusslet," sade Vedantham. "Vårt arbete har visat att detta är livskraftigt med den nya generationen radioteleskop och lagt oss på en spännande väg."
Se till att kolla in den här videon om den senaste upptäckten, med tillstånd av ASTRON:
