We kunnen ze nog niet detecteren, maar radiosignalen van verre zonnestelsels zouden waardevolle informatie kunnen verschaffen over de kenmerken van hun planeten.

Een paper van wetenschappers van Rice University beschrijft een manier om beter te bepalen welke exoplaneten het meest waarschijnlijk detecteerbare signalen produceren op basis van magnetosfeeractiviteit op de voorheen verdisconteerde nachtkanten van exoplaneten.

De studie van Rice-alumnus Anthony Sciola, die zijn Ph.D. dit voorjaar en werd begeleid door co-auteur en ruimteplasmafysicus Frank Toffoletto, toont aan dat hoewel radio-emissies van de dagzijden van exoplaneten maximaal lijken te zijn tijdens hoge zonneactiviteit, degenen die uit de nachtkant komen, zullen waarschijnlijk aanzienlijk bijdragen aan het signaal.

Dit interesseert de exoplaneetgemeenschap omdat de sterkte van de magnetosfeer van een bepaalde planeet aangeeft hoe goed deze zou worden beschermd tegen de zonnewind die van zijn ster straalt, op dezelfde manier waarop het magnetische veld van de aarde ons beschermt.

Planeten die in de Goudlokje-zone van een ster draaien, waar omstandigheden anders tot leven kunnen leiden, onbewoonbaar zou kunnen worden geacht zonder bewijs van een sterk genoeg magnetosfeer. Magnetische veldsterktegegevens zouden ook helpen om planetaire interieurs te modelleren en te begrijpen hoe planeten ontstaan, zei Sciola.

De studie verschijnt in Het astrofysische tijdschrift .

De magnetosfeer van de aarde is niet bepaald een bol; het is een komeetvormige reeks veldlijnen die samendrukken tegen de dagzijde van de planeet en afstaarten in de ruimte aan de nachtzijde, wervelingen in hun kielzog achterlatend, vooral tijdens zonne-evenementen zoals coronale massa-ejecties. De magnetosfeer rond elke planeet zendt uit wat we interpreteren als radiogolven, en hoe dichter bij de zon een planeet draait, hoe sterker de uitstoot.

Astrofysici hebben een redelijk goed begrip van de planetaire magnetosferen van ons eigen systeem, gebaseerd op de wet van de radiometrische Bode, een analytisch hulpmiddel dat wordt gebruikt om een ​​lineair verband vast te stellen tussen de zonnewind en radio-emissies van de planeten op zijn pad. In recente jaren, onderzoekers hebben met beperkt succes geprobeerd de wet toe te passen op exoplanetaire systemen.

"De gemeenschap heeft deze vuistregel-empirische modellen gebruikt op basis van wat we weten over het zonnestelsel, maar het is een soort van gemiddeld en gladgestreken, "Zei Toffoletto. "Een dynamisch model dat al dit stekelige gedrag omvat, zou kunnen betekenen dat het signaal eigenlijk veel groter is dan deze oude modellen suggereren. Anthony neemt dit en drijft het tot het uiterste om te begrijpen hoe signalen van exoplaneten kunnen worden gedetecteerd."

Sciola zei dat het huidige analytische model voornamelijk afhankelijk is van emissies die naar verwachting uit het poolgebied van een exoplaneet zullen komen, wat we op aarde zien als een aurora. De nieuwe studie voegt een numeriek model toe aan degenen die de emissies van het poolgebied schatten om een ​​completer beeld te krijgen van de emissies rond een hele exoplaneet.

"We voegen functies toe die alleen in lagere regio's verschijnen tijdens echt hoge zonneactiviteit, " hij zei.

Het blijkt, hij zei, dat nachtelijke emissies niet noodzakelijk van één grote plek komen, als aurora's rond de noordpool, maar uit verschillende delen van de magnetosfeer. In aanwezigheid van sterke zonneactiviteit, de som van deze nachtelijke plekken zou de totale uitstoot van de planeet met minstens een orde van grootte kunnen verhogen.

"Ze zijn erg kleinschalig en komen sporadisch voor, maar als je ze allemaal opsomt, ze kunnen een groot effect hebben, " zei Sciola, die het werk voortzet aan het Applied Physics Laboratory van de Johns Hopkins University. "Je hebt een numeriek model nodig om die gebeurtenissen op te lossen. Voor deze studie Sciola gebruikte de Multiscale Atmosphere Geospace Environment (MAGE), ontwikkeld door het Center for Geospace Storms (CGS), gevestigd in het Applied Physics Laboratory, in samenwerking met de Rice space-plasmafysica-groep.

"We bevestigen in wezen het analytische model voor extremere exoplaneetsimulaties, maar het toevoegen van extra details, " zei hij. "Het voordeel is dat we meer aandacht vestigen op de beperkende factoren van het huidige model, maar zeggen dat in bepaalde situaties, je kunt meer uitstoot krijgen dan die beperkende factor doet vermoeden."

Hij merkte op dat het nieuwe model het beste werkt op exoplanetaire systemen. "Je moet echt ver weg zijn om het effect te zien, "zei hij. Het is moeilijk te zeggen wat er op wereldschaal op aarde gebeurt; het is alsof je probeert een film te kijken door naast het scherm te zitten. Je krijgt er maar een klein stukje van."

Ook, radiosignalen van een aardachtige exoplaneet zijn misschien nooit detecteerbaar vanaf het aardoppervlak, zei Sciola. "De ionosfeer van de aarde blokkeert ze, "zei hij. "Dat betekent dat we de eigen radiostraling van de aarde niet eens vanaf de grond kunnen zien, ook al is het zo dichtbij."

Detectie van signalen van exoplaneten vereist ofwel een complex van satellieten of een installatie aan de andere kant van de maan. "Dat zou mooi zijn, rustige plek om een ​​array te maken die niet wordt beperkt door de ionosfeer en atmosfeer van de aarde, ' zei Sciola.

Hij zei dat de positie van de waarnemer ten opzichte van de exoplaneet ook belangrijk is. "De emissie is 'gestraald, '" zei Sciola. "Het is als een vuurtoren:je kunt het licht zien als je in lijn bent met de straal, maar niet als je direct boven de vuurtoren staat. Dus een beter begrip van de verwachte hoek van het signaal zal waarnemers helpen bepalen of ze in lijn zijn om het voor een bepaalde exoplaneet te observeren."