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Polarlicht ermöglicht erstmals direkte Messung eines Exoplaneten-Magnetfelds
Kosmisches Polarlicht: Astronomen haben wiederkehrende Radioblitze vom jungen Riesenplaneten Beta Pictoris b geortet. Die stark polarisierten Signale sprechen für aurorale Strahlung und erlauben erstmals eine direkte Messung der Magnetfeldstärke eines Exoplaneten. Dem noch nicht fachbegutachteten Preprint zufolge liegt die Feldstärke am Entstehungsort der Radiowellen bei mindestens 1,25 Kilogauss.
Cambridge (U.S.A.). Magnetfelder prägen, wie Planeten mit dem Teilchenstrom ihres Sterns wechselwirken und wie leicht ihre Atmosphären ins All entweichen. Bei Welten außerhalb unseres Sonnensystems waren solche Felder bislang jedoch nur indirekt zugänglich. Polarlicht-Radiostrahlung kann diese Lücke schließen, denn ihre höchste Frequenz hängt unmittelbar von der lokalen Magnetfeldstärke ab.
Forscher des Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) um Kevin N. Ortiz Ceballos haben das rund 64 Lichtjahre entfernte System Beta Pictoris mit dem südafrikanischen Radioteleskopverbund MeerKAT beobachtet. Der junge Stern wird von mehreren Riesenplaneten umkreist, von denen Beta Pictoris b mit ungefähr zwölf Jupitermassen der massereichste bekannte ist. Er zieht in etwa zehn Astronomischen Einheiten Abstand um seinen Stern.
Das Team hat das System zu vier Zeitpunkten zwischen Februar 2025 und Mai 2026 untersucht und dabei sowohl im L-Band als auch im S-Band eine Radioquelle registriert. Die Messungen deckten Frequenzen von rund 0,86 bis 3,5 Gigahertz ab. Entscheidend war anschließend die Frage, ob das Signal vom Planeten oder vom nah daneben stehenden Stern stammt.
Dazu glichen die Astronomen die Position des Radiosignals mit neun durch Gaia präzise verorteten Quasaren und einem zusätzlichen Radiokalibrator ab. Nach dieser Korrektur stimmte die Quelle mit der erwarteten Position von Beta Pictoris b überein, während sie unter Einbeziehung der gemessenen systematischen Unsicherheiten vom Mutterstern mit 4,4 Standardabweichungen und von Planet c mit 4,8 Standardabweichungen abwich.
Auch die Eigenschaften der Strahlung sprechen für einen planetaren Ursprung: MeerKAT registrierte schnelle, wiederkehrende Ausbrüche und eine schwächere Emission zwischen den Blitzen. Die Bursts waren zu etwa 40 bis 70 Prozent zirkular polarisiert. Das Team führt dieses Muster auf einen Elektronen-Zyklotron-Maser zurück, einen kohärenten Radioprozess, der auch hinter planetarer Polarlichtstrahlung im Sonnensystem steckt.
Bei diesem Mechanismus gibt die höchste beobachtete Frequenz einen direkten Mindestwert für das Magnetfeld am Emissionsort vor. Der am stärksten polarisierte Ausbruch reichte bis zur oberen Beobachtungsgrenze von 3,5 Gigahertz, woraus sich unter der von den Autoren bevorzugten Interpretation als Grundschwingung mindestens 1,25 Kilogauss ergeben. Weil die Strahlung oberhalb der Messgrenze weiterreichen könnte, ist dieser Wert nur eine Untergrenze.
Die Autoren sehen darin zugleich ein wichtiges Argument gegen den Stern als Quelle. Für Beta Pictoris selbst schließen frühere Messungen ein großräumiges Dipolfeld oberhalb von etwa 300 Gauss bei hoher Nachweiswahrscheinlichkeit aus, deutlich weniger als für die bis 3,5 Gigahertz reichenden Ausbrüche nötig wäre.
Als wahrscheinlichsten Antrieb diskutiert das Team eine Kopplung zwischen Magnetosphäre und Ionosphäre des Planeten. Beta Pictoris b rotiert in ungefähr neun Stunden einmal um seine Achse, wodurch Plasma in einer schnell rotierenden Magnetosphäre der Bewegung in größerer Entfernung nicht vollständig folgen kann. Dabei können Ströme entlang der Magnetfeldlinien entstehen, die Elektronen beschleunigen und die aurorale Radioemission anregen.
Dazu passt, dass zwei der beobachteten Ausbrüche ungefähr acht Stunden auseinanderlagen, was die Autoren bisher aber nur als möglichen Hinweis auf eine Rotationsmodulation werten. Ein vom Sternwind angetriebener Mechanismus liefert ihren Abschätzungen zufolge rund tausendmal zu wenig Leistung. Auch eine Wechselwirkung mit einem hypothetischen Mond w