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Jan 07, 2024

Zum ersten Mal Strahlungsgürtel außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt

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Chuck Carter, Melodie Kao, Heising-Simons Foundation

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Astronomen haben erstmals Hinweise auf einen Strahlungsgürtel außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt.

Die Strahlungsgürtel wurden um LSR J1835+3259 entdeckt, einen ultrakühlen Zwerg (massearmen Stern), der 18 Lichtjahre von der Erde entfernt liegt.

Die hochauflösenden Bilder, die mit einer großen Anzahl von Radioschüsseln aufgenommen wurden, zeigten „anhaltende, intensive Radioemissionen“ dieses Sternobjekts.

Die Bilder zeigten eine Wolke hochenergetischer Teilchen, die im Magnetfeld des Objekts gefangen waren.

„Wir bilden tatsächlich die Magnetosphäre unseres Ziels ab, indem wir das radioemittierende Plasma – seinen Strahlungsgürtel – in der Magnetosphäre beobachten. Das wurde noch nie zuvor für etwas von der Größe eines Gasriesenplaneten außerhalb unseres Sonnensystems gemacht“, sagte Melodie Kao, Postdoktorand an der University of California in Santa Cruz und Erstautor dieser Studie, in einer offiziellen Erklärung.

Eine Magnetosphäre ist der vom Magnetfeld dominierte Bereich um ein Himmelsobjekt, in dem geladene Teilchen gefangen sind.

Auf unserem Planeten gibt es auch riesige Donut-förmige Wolken aus Strahlungsgürteln, die sogenannten Van-Allen-Gürtel, die hochenergetische Teilchen von der Sonne einfangen. Andere große Planeten in unserem Sonnensystem, wie der Gasriese Jupiter, verfügen ebenfalls über Strahlungsgürtel, die die vom Vulkanmond Io emittierten energiereichen Elektronen einfangen.

Die neu identifizierten Strahlungsgürtel ähneln den Strahlungsgürteln des Jupiter. Wenn man sie nebeneinander vergleicht, sind die Gürtel dieses Objekts „10 Millionen Mal heller“ als die des Jupiter.

Der Studie zufolge bewegt sich der ultrakühle Zwerg an der Grenze zwischen massearmen Sternen und massereichen Braunen Zwergen.

Das Verständnis von Strahlungsgürteln kann oft Aufschluss über die Magnetfeldform und die innere Struktur eines kosmischen Objekts geben.

Beispielsweise ist das Erdinnere heiß genug, um elektrisch leitende Flüssigkeiten zu enthalten, die die Erzeugung ihres starken Magnetfelds unterstützen und so das Leben auf dem Planeten unterstützen.

Im Fall von Jupiter erzeugt der flüssige metallische Wasserstoff ein Magnetfeld. Laut Kao könnte metallischer Wasserstoff im Inneren Brauner Zwerge möglicherweise zur Entstehung von Magnetfeldern führen.

Allerdings fiel es dem Team schwer, die Stärke und Form der Magnetfelder in diesem untersuchten Objekt zu bestimmen. Diese beiden Faktoren sind entscheidend für die Bewohnbarkeit des Planeten.

„Dies ist ein entscheidender erster Schritt, um viele weitere solcher Objekte zu finden und unsere Fähigkeiten bei der Suche nach immer kleineren Magnetosphären zu verbessern, was es uns schließlich ermöglicht, die von potenziell bewohnbaren Planeten in Erdgröße zu untersuchen“, sagte Co-Autorin Evgenya Shkolnik von der Arizona State University Universität, die sich seit Jahren mit Magnetfeldern beschäftigt.

Dieses Himmelsobjekt wurde mithilfe eines Netzwerks aus 39 Radioschüsseln, die sich von Hawaii bis nach Deutschland erstreckten und als ein großes Radioteleskop fungierten, genau untersucht.

Das Netzwerk der Radioschüsseln wird vom NRAO in den Vereinigten Staaten und dem Effelsberg-Radioteleskop des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Deutschland koordiniert.

Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Studienzusammenfassung:

Strahlungsgürtel sind in allen großräumigen Magnetosphären des Sonnensystems vorhanden: Erde, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun1. Diese anhaltenden äquatorialen Zonen relativistischer Teilchen mit einer Energie von bis zu mehreren zehn MeV können sich über mehr als das Zehnfache des Planetenradius erstrecken, allmählich variierende Radioemissionen aussenden2–4 und die Oberflächenchemie von Monden in der Nähe beeinflussen5. Jüngste Beobachtungen zeigen, dass Sterne mit sehr geringer Masse und Braune Zwerge, zusammenfassend als ultrakühle Zwerge bezeichnet, planetenähnliche Radioemissionen erzeugen können, wie zum Beispiel periodisch ausbrechende Polarlichter6–8 aus großräumigen magnetosphärischen Strömen9–11. Sie weisen außerdem langsam variierende ruhende Radioemissionen7,12,13 auf, von denen angenommen wird, dass sie schwache koronale Ausbrüche nachweisen14,15, obwohl sie von empirischen Multiwellenlängen-Ausbreitungsbeziehungen abweichen8,15. Hier präsentieren wir hochauflösende Bilder des ultrakühlen Zwergs LSR J1835+3259 bei 8,4 GHz, die zeigen, dass seine ruhende Radioemission räumlich aufgelöst ist und eine doppelkeulige und achsensymmetrische Struktur aufweist, die in ihrer Morphologie den Jupiter-Strahlungsgürteln ähnelt. Bis zu 18 ultrakühle Zwergradien trennen die beiden Lappen, die in drei Beobachtungen über mehr als ein Jahr hinweg stabil vorhanden sind. Für das durch den magnetischen Dipol von LSR J1835+3259 begrenzte Plasma schätzen wir Elektronenenergien von 15 MeV, die mit Jupiters Strahlungsgürteln übereinstimmen4. Unsere Ergebnisse bestätigen aktuelle Vorhersagen von Strahlungsgürteln an beiden Enden der Sternmassensequenz8,16–19 und unterstützen eine umfassendere erneute Untersuchung rotierender magnetischer Dipole bei der Erzeugung nichtthermischer ruhender Radioemissionen von Braunen Zwergen7, vollständig konvektiven M-Zwergen20 und massereichen Sternen18 ,21