Al tientallen jaren staan ​​astronomen perplex van planetaire magnetische velden. In ons eigen zonnestelsel is er geen regel die verklaart welke werelden deze magnetische omhulsels genereren: de aarde heeft er bijvoorbeeld een, maar haar zusterwereld - Venus - niet.

Astronomen vermoeden dat een van de beste manieren om de mysteries van magnetisme te begrijpen, zou kunnen zijn om werelden rond andere zonnen te bestuderen. Door een telling van magnetische velden van exoplaneten te verzamelen, konden onderzoekers bepalen of ze gemeenschappelijke kenmerken zijn van andere werelden. Dit zou helpen om ons zonnestelsel in de juiste context te plaatsen en een aantal blijvende curiositeiten op te lossen, zei Mary Knapp, een astronoom die exoplaneten bestudeert aan het Haystack Observatory van het Massachusetts Institute of Technology.

"Aarde versus Venus is een goed voorbeeld - twee planeten die qua grootte vergelijkbaar zijn, redelijk vergelijkbaar qua samenstelling, maar enorm verschillen in termen van magnetische velden," zei Knapp.

Het was een uitdaging om zo'n volkstelling op te bouwen - en zelfs om magnetische velden van exoplaneten te vinden - omdat deze velden zwak en moeilijk te detecteren zijn. Maar in april ontdekten twee onafhankelijke teams wat de handtekening lijkt te zijn van een magnetisch veld dat wordt geproduceerd door een rotsachtige planeet die rond een kleine, vage rode dwergster draait op ongeveer 12 lichtjaar afstand. De planeet, genaamd YZ Ceti b, is iets kleiner dan de aarde en waarschijnlijk te heet voor leven zoals wij dat kennen. Maar het vinden van een magnetisch veld op een rotsachtige wereld zou ons meer kunnen vertellen over hoe magnetische velden ontstaan ​​en hoe ze de evolutie van een planeet beïnvloeden - en zelfs de geschiktheid voor leven.

"We weten uit ons zonnestelsel dat magnetische velden een belangrijke rol spelen bij het beïnvloeden van hoe een planeet zijn atmosfeer in de loop van de tijd verliest of behoudt", zei hij. Jackie Villadsen, een astronoom aan de Bucknell University en lid van een van de teams. "We proberen de vraag te beantwoorden: hoe vaak komen sterke wereldwijde magnetische velden voor op aardachtige planeten?"

Radio Signalen

In ons zonnestelsel hebben de aarde en de vier gigantische planeten - Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus - aanzienlijke magnetische velden. Mercurius heeft slechts een zwak veld en Mars had in het verleden zeer waarschijnlijk een robuuster veld, dat het verloor om redenen die niet helemaal duidelijk zijn.

Planetaire magnetische velden worden gegenereerd door een motor, een dynamo genaamd, die is opgebouwd uit gesmolten metaal dat in de kern van een planeet ronddraait. Dat karnen produceert elektrische stromen die een magnetisch veld aandrijven. Op aarde en de vier gasreuzen is dit proces sterk genoeg om een ​​beschermende cocon rond de planeet te vormen, die geladen deeltjes afbuigt die anders de atmosfeer van de planeten zouden wegblazen.

"Magnetische velden werken als een schild tegen straling," zei Ayan Biswas, een astronoom aan de Queen's University in Canada. "Ze zijn erg belangrijk voor het leven."

Wetenschappers vermoeden dat veel van de 5,000 bekende exoplaneten magnetische velden hebben, maar het detecteren ervan is een andere zaak. In de 1970s, vermoedden astronomen dat wanneer een planetair magnetisch veld in wisselwerking staat met de moederster van de planeet, dit een waarneembare piek kan veroorzaken in laagfrequente radiogolven die door de ster worden uitgezonden, bekend als aurorale emissies. De timing van die pieken, gezien vanaf de aarde, zou afhangen van de locatie van een planeet in zijn baan om de aarde - ze zijn als een periodieke vingerafdruk die indirect de aanwezigheid van de planeet onthult.

Zelfs vóór de eerste ontdekking van exoplaneten in 1992, "dachten mensen dat dit een heel goede manier zou zijn om naar exoplaneten te zoeken", zei Jack Turner, een astronoom aan de Cornell University.

De techniek bleek moeilijk; er zijn tot nu toe geen ijzersterke detecties van exoplanetaire magnetische velden gemaakt, maar er zijn veelbelovende kandidaten.

Jevgenja Shkolnik, een astrofysicus aan de Arizona State University, en collega's gebruikten atmosferische gegevens van vier hete Jupiters - gigantische planeten die dicht bij hun sterren cirkelen - om een hint van magnetische velden krijgen in 2019. In 2021 gebruikte een team onder leiding van Turner de Low Frequency Array (LOFAR)-telescoop in Nederland om een ​​radiosignaal te detecteren gekoppeld aan een planetair magnetisch veld in het Tau Boötes-systeem, 51 lichtjaar van de aarde. En later in 2021, Lotfi Ben Jaffel aan het Parijse Instituut voor Astrofysica en collega's gedetecteerde ultraviolette emissies van een Neptunus-achtige planeet genaamd HAT-P-11 b, 123 lichtjaar van de aarde, die suggestief waren voor de magnetosfeer van de planeet.

Maar geen van de detecties was definitief - en geen enkele betrof rotsachtige planeten.

Bel naar huis

In 2017 vonden astronomen precies het systeem dat ze nodig hadden voor het soort indirecte waarneming waar ze al bijna 50 jaar over hadden gehypothetiseerd. Drie rotsachtige planeten cirkelden rond de rode dwerg YZ Ceti, een kosmische steenworp afstand. De nabijheid van het systeem tot de onze maakt zijn planeten handige doelen - vooral YZ Ceti b, de binnenste planeet. Bovendien hebben rode dwergen meestal sterkere magnetische velden dan sterren zoals onze zon, waardoor het gemakkelijker wordt om de vingerafdruk van het magnetische veld van een in een baan om de aarde draaiende planeet te identificeren. "Dit was een van de eerste ontdekte systemen die aan deze criteria voldoet", zei Villadsen.

Nu hebben twee teams bewijs gevonden van een magnetisch veld gemaakt door YZ Ceti b. Beide teams zagen periodieke uitbarstingen van radiogolven die leken op te treden wanneer YZ Ceti b een vergelijkbaar punt bereikte in zijn tweedaagse baan rond de ster. Een van de teams - die van Villadsen - ontdekte de veelbetekenende radiovingerafdruk met behulp van de Very Large Array in New Mexico. "We hebben berekend dat de planeet een magnetische veldsterkte nodig heeft die vergelijkbaar is met die van de aarde om deze helderheid van radiogolven te veroorzaken," zei Villadsen.

Het andere team, waaronder Biswas, plaatsten hun resultaten kort daarna. Die groep deed soortgelijke waarnemingen van periodieke radiopieken met behulp van de Giant Metrewave Radiotelescoop in India. "We zijn er 99% zeker van dat [het signaal] van de planeet komt", zei Biswas.

De resultaten zijn veelbelovend, zei Shkolnik, die bij geen van beide onderzoeken betrokken was. "Ik zou het nog niet als een bevestiging beschouwen, maar het is erg suggestief," zei ze. Een meer definitieve detectie zou meer waarnemingen van de ster en de periodieke radiopieken vereisen. Zij en anderen hopen dat soortgelijke observaties kunnen worden geprobeerd voor de TRAPPIST-1-systeem van zeven werelden ter grootte van de aarde die rond een rode dwerg draaien op 40 lichtjaar van de aarde, of zelfs voor de rode dwerg Proxima Centauri, de dichtstbijzijnde ster bij de aarde op 4.25 lichtjaar, die een (waarschijnlijke) rotsachtige planeet herbergt.

Naar de maan

Het vinden van exoplanetaire magnetische velden is cruciaal om te begrijpen hoe wijdverbreid ze zijn en hoe planeten magnetisme veroorzaken. "We hebben niet echt een geweldig begrip van hoe deze dingen op planeten worden gegenereerd", zei Robert Kavanagh, astronoom bij het Nederlands Instituut voor Radioastronomie.

In ons zonnestelsel lijkt een dynamo de sleutel te zijn. Maar een dynamo is misschien niet de enige manier om een ​​planetair magnetisch veld op te wekken, vooral in "super-aardes" - werelden die zich in massa tussen de aarde en Neptunus bevinden - die tot nu toe tot de meest voorkomende soorten exoplaneten behoren. Miki Nakajima, een planetaire wetenschapper aan de Universiteit van Rochester, onderzoekt of warmtefluctuaties binnen een planeet het werk zouden kunnen doen in werelden die een gesmolten interieur hebben maar geen vaste kern hebben. "Ik ben geïnteresseerd in de vraag of een magma-oceaan een magnetisch veld kan produceren", zei ze, erop wijzend dat "magma-oceanen vrij algemeen zouden moeten zijn in superaardes."

Maar astronomen zeggen dat er nieuwe technieken nodig zijn om de zoektocht van eenmalige detecties om te zetten in het type volkstelling waarop ze hopen.

Een idee waar Knapp aan werkt, genaamd GO-Low, zou een vloot van duizenden kleine ruimtevaartuigen gebruiken om radiogolven van exoplaneten te bestuderen. Een ander idee is FARSIDE, een voorgestelde radio-array van NASA die aan de andere kant van de maan zou worden geplaatst, vrij van radio-interferentie van de aarde. Als een van deze projecten tot bloei komt, kunnen astronomen deze blijvende mysteries oplossen - of een nog raadselachtigere schat aan bovenaardse geneugten ontdekken.

"Zullen we aardes vinden met velden ter grootte van Jupiter, of Jupiters met velden ter grootte van de aarde?" zei Knapp. "Ik weet het niet, maar ik zou het heel graag willen weten."

correctie: Augustus 8, 2023.
De affiliatie van Robert Kavanagh is bijgewerkt.