LOFAR hittar exoplanet med ny metod

I en nyligen publicerad artikel i Nature presenteras data som pekar på en planet av jordens storlek runt den röda dvärgstjärnan GJ 1151. Det är den första exoplanet som har upptäckts med det europeiska teleskopnätverket LOFAR och ett lyckat försök med en ny metod där planetens påverkan på stjärnans magnetfält observeras. Metoden kan öppna dörren till att studera exoplaneters egna magnetfält.

LOFAR (LOw Frequency ARray) är ett teleskop som består av ett europeiskt nätverk av antenner som mäter väldigt långvågig radiostrålning från rymden (mer om LOFAR på Populär Astronomi-bloggen). Observatoriets nordligaste station ligger på Onsala rymdobservatorium, drygt fyra mil utanför Göteborg. Teleskopet observerar radiovågor som genereras av starka magnetfält som till exempel supertäta stjärnrester som neutronstjärnor.

Kanske lite överraskande är att det är möjligt att hitta exoplaneter med LOFAR. Det har en grupp astronomer ledda av Harish Vedantham vid ASTRON gjort (Nederländska institutet för radioastronomi). De hittade en signal hos en av den vanligaste sortens stjärnor, röda dvärgstjärnor. Dessa är mycket kallare, mindre och ljussvagare än solen men är också kända för att vara aktiva med utbrott och ha kraftiga magnetfält. Joe Callingham, som också jobbar inom ASTRON och är med i gruppen, berättar mer via E-mail.

– Alla våra radiosignaler är väldigt svaga. Det betyder att man behöver att alla LOFAR-nätverkets stationer jobbar tillsammans för att kunna fånga en sådan signal, säger Joe Callingham.

Han förklarar att observationen är spännande på fler sätt utöver att det är en ny, kompletterande, metod för att hitta exoplaneter med sina egna för- och nackdelar.

– Den här metoden kan ge viktig information om magnetfälten kring stjärna och exoplanet. Detta har optisk astronomi kämpat med länge men kunskapen om magnetfält runt exoplaneter är ändå väldigt svag idag, fastän det är så viktigt för beboeligheten på en planet, säger Joe Callingham.

Joe Callingham syftar på att det än så länge varit väldigt svårt att utröna något om exoplaneternas egna magnetfält. Magnetfälten runt en planet skyddar dess yta och atmosfär från partikelstrålning och atmosfären skyddar i sin tur planetens yta från annan strålning (ultraviolett och gamma). Observationer med LOFAR och det kommande Square Kilometer Array möjliggör studier om miljön på exoplaneter via observationer av dess magnetfält. Men för att det ska vara möjligt måste stjärnans magnetfält vara tillräckligt stark vid exoplaneten för att signalen ska bli kraftig nog att observeras.

– Vi är därför begränsade till att hitta exoplaneter i små omloppsbanor runt röda dvärgstjärnor. Det är å andra sidan också spännande då sådana exoplaneter ofta ligger i den klassiska beboeliga zonen runt stjärnan, fortsätter Joe Callingham.

Just i närheten av röda dvärgstjärnor är partikelstrålningen hög och risken är att exoplaneter inom dessa stjärnors beboeliga zon är steriliserade av stjärnans strålning. Beboeliga zonen är alltså avståndet från en stjärna som kan tillåta flytande vatten på exoplanetens yta. Men detta är ännu baserat på spekulationer då det tidigare inte varit möjligt att mäta en exoplanets magnetfält.

Gruppen publicerade nyligen en artikel i tidskriften Nature med en sådan upptäckt runt den röda dvärgstjärnan GJ 1151 (officiellt pressmeddelande). Upptäckten är ett första exempel på en exoplanet hittad med LOFAR. Men det finns stora osäkerheter kring hur stor planeten är och dess omloppsbanas storlek, som har en period mellan en till fem dagar. Det gör att planeten kan vara inom stjärnans beboeliga zon.

Naturfenomenet som ger upphov till just den här sortens radiostrålning har studerats länge och sammanfattades nyligen i samband med denna studien i en kommentar i Nature Astronomy. Till exempel används gasjätten Jupiter, dess magnetfält och interaktion med månen Io som ett laboratorium på nära håll för att studera fenomenet, som BadAstronomer-skribenten Phil Plait pedagogiskt beskriver i sin sammanfattning av upptäckten. Jupiter skapar radiovågor när dess magnetfält drar loss laddade partiklar från Io. Den nyupptäckta exoplanetens rörelse genom sin stjärnas magnetfält skapar på liknande vis en ström av laddade partiklar mellan planet och stjärna. Strömmen ger upphov till norrskensliknande ljus från stjärnan som identifieras med hjälp av att mäta polariseringen av radiostrålningen från stjärnan med LOFAR.

Härnäst kommer mycket att hända. Till att börja med planeras observationer av GJ 1151 med mer klassiska metoder som radialhastighetsmätningar för att kunna få fram noggrannare mätningar av både planetens omloppsbana och massa. Redan har en grupp ledda av Benjamin Pope publicerat en studie där de använde HARPS-N på det italienska Telescopio Nazionale Galileo (TNG) på Kanarieön La Palma. De fann att det inte finns några gasjättar eller andra större himlakroppar i närheten av stjärnan GJ 1151 vilket stämmer överens med Harish Vedanthams grupps upptäckt.

Nästa steg med LOFAR är att studera fler stjärnor. Uppskattningsvis kan LOFAR hitta planeter runt 100 liknande närbelägna röda dvärgstjärnor berättar Tim Shimwell i pressmeddelandet, också vid ASTRON och medförfattare till studien. Med fler upptäckter och mera data kan metoden förfinas och ge noggrannare information om exoplaneter och dess magnetfält.