Eine Illustration von Exoplaneten um einen Stern mit seinem Magnetfeld in Grün.(Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva)/NASA)
Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Planet Leben beherbergt, hängt nicht nur von seiner Nähe zu seinem Mutterstern und der Strahlungsmenge ab, die er erhält. Neue Forschungsergebnisse zeigen, welchen Einfluss das Magnetfeld eines Sterns auf die Bewohnbarkeit von Exoplaneten hat.
Sie kennen vielleicht die so genannte „Goldlöckchen-Zone“ um Sterne, die ihren Namen daher hat, dass es sich um die Region um einen Stern handelt, in der es weder zu heiß noch zu kalt für einen Planeten ist, der flüssiges Wasser beherbergen könnte. Doch trotz des alternativen Namens für diese Region – „Die bewohnbare Zone“ – ist die bloße Existenz in diesem Bereich noch keine Garantie dafür, dass ein Planet für Leben geeignet sein wird.
Zumindest das Leben, wie wir es kennen.
In unserem Sonnensystem befinden sich beispielsweise die Venus, die Erde und der Mars alle in der bewohnbaren Zone der Sonne, doch nur unser Planet bietet derzeit die richtigen Bedingungen für Leben (soweit wir das wissen). Das hat Wissenschaftler dazu veranlasst, die Bedingungen um andere Sterne und ihre jeweiligen Welten zu untersuchen.
Diese neue Arbeit definiert die Goldlöckchen-Zone neu, indem sie auch das Magnetfeld des Sterns mit einbezieht. Durch Hinzufügen dieser zusätzlichen Kriterien bietet das Team ein differenzierteres Bild des Lebens im Universum.
„Die Faszination für Exoplaneten rührt von unserem Wunsch her, unseren eigenen Planeten besser zu verstehen“, sagte Teamleiter David Alexander, Direktor des Rice Space Institute und Professor für Physik und Astronomie, in einer Erklärung. „Fragen über die Entstehung und die Bewohnbarkeit der Erde sind die Hauptantriebskräfte für die Erforschung dieser fernen Welten.“
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Stellarmagnete, wie funktionieren sie?
Das Vorhandensein eines Magnetfeldes um einen Planeten ist einer der Schlüsselfaktoren für dessen Fähigkeit, Leben zu beherbergen. Wir wissen zum Beispiel, dass ohne die Magnetosphäre der Erde komplexe Moleküle, die für das Leben auf unserer Welt notwendig sind, aufgrund der starken Strahlung und der hochenergetischen geladenen Teilchen, die mit dem Sonnenwind von der Sonne kommen, zerbrechen würden.
Außerdem nimmt man an, dass der Grund, warum der Mars heute trocken und dürr ist, obwohl es in seiner fernen Vergangenheit flüssiges Wasser gab, das Fehlen eines planetarischen Magnetfelds ist. Dadurch konnten geladene Sonnenpartikel im Laufe der Zeit seine Atmosphäre abtragen. Dadurch verlor der Rote Planet den größten Teil seines flüssigen Wassers an den Weltraum, was seine Bewohnbarkeit beeinträchtigte.
Doch es gibt noch eine andere Art und Weise, wie das Magnetfeld eines Planeten für seine Bewohnbarkeit wichtig ist, und zwar durch seine Wechselwirkung mit dem Magnetfeld seines Sterns. Das Magnetfeld eines Planeten muss stark genug sein, um ihn vor dem Bombardement geladener Teilchen seines Sterns abzuschirmen, aber er muss auch weit genug von diesem stellaren Magnetfeld entfernt sein, um einen direkten Kontakt zu vermeiden und ein starkes Ereignis namens „magnetische Rekonnexion“ zu verhindern.
Eine Illustration zeigt, wie die Atmosphäre eines Planeten von seinem Stern weggeblasen wird, wodurch die für Leben notwendigen Bedingungen zerstört werden. (Bildnachweis: NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI))
Alexander und seine Kollegen untersuchten die magnetischen Wechselwirkungen zwischen Exoplaneten und ihren Wirtssternen und berücksichtigten dabei das „Weltraumwetter“, d. h. die Auswirkungen des Bombardements durch den Sternwind auf die Magnetfelder und Atmosphären der Planeten. Zu diesem Zweck definierten sie die Sternaktivität anhand eines Wertes, der „Rossby-Zahl“ genannt wird und das Verhältnis zwischen der Rotationsperiode eines Sterns und der Zeit angibt, die seine Schichten benötigen, um aufgrund eines Phänomens namens „Konvektion“ oder des „konvektiven Umsatzes“ des Sterns zu steigen und zu sinken.
Sobald dies geschehen war, konnte das Team einen weiteren wichtigen Wert abschätzen: den „Alfvén-Radius“ des Sterns, der den Punkt definiert, an dem der Sternwind von dem Stern und seinem Magnetfeld getrennt oder „entkoppelt“ wird. Die Forscher untersuchten dann 1.546 Exoplaneten, um festzustellen, ob die Welten ihre Sterne innerhalb des Alfvén-Radius des jeweiligen Sterns umkreisten.
Hypothetische Visualisierungen von K2-3 d und Kepler-186 f von der NASA (Bildnachweis: NASA/Robert Lea (erstellt mit Canva))
Das Team fand nur zwei Planeten außerhalb des Alfvén-Radius ihrer Sterne, die somit weit genug entfernt waren, um flüssiges Wasser zu beherbergen und starke Magnetfelder aufwiesen, um dem Bombardement durch den Sternwind standzuhalten.
Der erste war K2-3 d, eine Supererde, die 1,5 Mal so groß ist wie unser Planet und 2,2 Mal so viel Masse hat; sie befindet sich 144 Lichtjahre vom Sonnensystem entfernt. Der andere war Kepler-186 f, der etwas kleiner als K2-3 d, aber immer noch größer als die Erde ist und die 1,7-fache Masse unseres Planeten hat. Dieser zweite Planet befindet sich 579 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt.
„Diese Bedingungen sind zwar notwendig, damit ein Planet Leben beherbergen kann, aber sie sind keine Garantie dafür“, sagte der Hauptautor der Studie, Anthony Atkinson, ein Absolvent der Rice University. „Unsere Arbeit zeigt, wie wichtig es ist, bei der Suche nach bewohnbaren Planeten eine Vielzahl von Faktoren zu berücksichtigen.“
Die Wissenschaftler werden diese Erkenntnisse weiterverfolgen, indem sie Exoplaneten und die Planetensysteme, in denen sie sich befinden, weiter erforschen und untersuchen – und gleichzeitig ihr Wissen über unser eigenes Sonnensystem auf diese Entdeckungen anwenden.
Die Hoffnung ist, dass dies dazu beitragen wird, einen Rahmen zu entwickeln, der uns endlich hilft, die grundlegendste Frage zu beantworten: Sind wir allein im Kosmos?
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am 9. Juli in der Zeitschrift The Astrophysical Journal veröffentlicht.
