Atmosphärische Verbindungen zwischen Sternen und Exoplaneten
Die Forschenden der Astronomie konnte die Existenz von mehr als 6 000 Exoplaneten in unserer Galaxie bestätigen, die andere Sterne als unsere eigene Sonne umkreisen. Die meisten dieser Planeten sind zu erkennen, wenn sie vor ihrem Stern vorbeiziehen und eine vorübergehende Abnahme der Helligkeit verursachen. „Mit unseren heutigen Instrumenten sind Exoplaneten, die nahe an ihrem Stern vorbeiziehen, leichter zu finden“, erklärt Aline Vidotto, Koordinatorin des Projekts ASTROFLOW(öffnet in neuem Fenster) von der Universität Leiden(öffnet in neuem Fenster) in den Niederlanden. „Diese Entdeckungen sind aufregend, weil diese Planeten wie Laboratorien sind, mit deren Hilfe wir verstehen können, was in der Nähe von Sternen geschieht.“
Entweichen von planetarer Atmosphäre erforschen
Das Team des vom Europäischen Forschungsrat(öffnet in neuem Fenster) unterstützten Projekts ASTROFLOW beabsichtigte, diese Exoplaneten als „Labore“ zu nutzen, um zu erkunden, wie Sterne und sie im Nahbereich umkreisende Planeten miteinander interagieren. Insbesondere war für Vidotto wichtig zu erfahren, wie sich diese Wechselwirkung auf das Entweichen von Atmosphäre auswirkt. Dies könnte neues Licht in die frühe Planetenentwicklung, auch die unseres eigenen Planeten, bringen. Die wissenschaftliche Gemeinschaft weiß bereits, dass Planeten, einschließlich der jungen Erde, Masse verlieren, oft durch Entweichen ihrer Atmosphären in den Weltraum aufgrund von sternenbedingter Strahlung (infolge eines als Photoevaporation bekannten Prozesses). Die im Rahmen von ASTROFLOW untersuchten Exoplaneten mussten ausreichend groß sein, um ein Entweichen der Atmosphäre nachweisen zu können, wobei die damit verbundenen Entfernungen angesichts der Tatsache verblüffend sind, dass der uns am nächsten gelegene Exoplanet über vier Lichtjahre entfernt ist. Zudem waren viele von ihnen ihrem Stern näher als Merkur unserer eigenen Sonne.
Sternwinde modellieren
Zunächst modellierte das Projektteam den von den Zielsternen ausgehenden Materialauswurf, die sogenannten Sternwinde. „Die Sternwinde sind als eine Art Fluid vorstellbar, das nach außen strömt“, sagt Vidotto. „Wir haben diese Winde dreidimensional modelliert und dabei die Dichte, die Geschwindigkeit und verschiedene Kräfte wie etwa Magnetfelder berücksichtigt.“ Anschließend entwickelte das Team Modelle zur Erklärung des Entweichens der Atmosphäre von den nahegelegenen Exoplaneten. Diese Modelle wurden anschließend kombiniert, um ein Bild davon zu erhalten, wie die Atmosphären dieser nahen Planeten und Sterne interagieren. Dank dieser Modellierung konnte das Team eine Reihe neuer Erkenntnisse gewinnen. „Wir fanden heraus, dass, wenn ein Planet in einer Region kreist, in der der Sternwind von magnetischer Energie dominiert wird, die Atmosphäre hauptsächlich über eine einzige Polarregion entweicht“, erklärt Vidotto. „Es sah so aus, als ob einer der Pole einfach verschwunden wäre.“ Das Team erkannte schließlich, dass aufgrund des magnetisch dominierten Sternwinds einer der Pole direkt mit seinem Stern in Verbindung stand. Mit anderen Worten formuliert: Es bildete sich eine Art „Röhre“ des atmosphärischen Entweichens, was erstmalig festgestellt wurde.
Die Evolution unseres eigenen Planeten verstehen
Diese Erkenntnisse könnten uns hilfreich dabei sein, unsere eigene planetare Entwicklung besser zu verstehen. Wir gehen davon aus, dass die Erdatmosphäre einst sehr viel mehr Wasserstoff und Helium enthielt, das dann wahrscheinlich durch den von ASTROFLOW untersuchten Mechanismus der Photoevaporation abgebaut wurde. Vidotto wird auf dieser bahnbrechenden Arbeit aufbauen, wobei Modelle erstellt werden, die weitere aus der Atmosphäre entweichende Gase wie beispielsweise Helium berücksichtigen. „Unser Ziel besteht außerdem darin herauszufinden, ob sich unsere Modelle auf Exoplaneten anwenden lassen, die in größerer Entfernung ihren Stern umkreisen“, berichtet sie. Die Arbeit von ASTROFLOW fällt zudem mit zwei laufenden Weltraummissionen zusammen, bei denen Sonden in eine Umlaufbahn nahe unserer Sonne geschickt wurden, die Raumsonde Solar Orbiter(öffnet in neuem Fenster) der Europäischen Weltraumorganisation sowie die Raumsonde der NASA Parker Solar Probe. Beide Missionen verfolgen das Ziel, mehr über Sternwinde zu erfahren. „Die von uns untersuchten Exoplaneten agierten für uns ein wenig wie natürliche Sonden“, fügt Vidotto hinzu.
