Grazer Forscher werfen Blick auf „heiße Jupiter“
Seit der Entdeckung der ersten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems vor rund 20 Jahren entdeckten Astronomen bislang rund 2.000 Exoplaneten - die „heißen Jupiter“ sind da eine interessante Untergruppe: Sie sind dem in unserem Sonnensystem beheimateten Jupiter ähnliche Gasriesen. Astronomen definieren diese Exoplaneten als Objekte, die ihren Zentralstern in sehr enger Umlaufbahn umkreisen und zwischen 0,5 und 2,5 Jupiter-Durchmesser haben.
Nach der Entdeckung von über 120 solcher Exoplaneten nahe bei ihren Sternen stellt sich die Frage nach den Effekten von thermischen und nicht-thermischen Fluchtprozessen und der Stabilität dieser Planetenatmosphären, so Maxim Khodachenko, Forscher am Grazer Institut für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie für Wissenschaften.
Die Frage nach der Stabilität
Die oberen Atmosphären von Exoplaneten werden durch die einfallende Röntgen- und die extreme ultraviolette Strahlung des Muttersterns enorm aufgeheizt. Bei Jupiter- oder Uranus-ähnlichen Exoplaneten mit Orbitdistanzen kleiner als 0,1 AU (1 AU entspricht der Entfernung Erde-Sonne) wird die Exosphäre instabil, und es kommt zu hydrodynamischen Bedingungen, die einen planetaren Wind mit sehr großen Atmosphärenfluchtraten hervorrufen; dadurch wiederum kann es auch zu einem Verlust der ionisierten Materie des Exoplaneten kommen. Eine starke Magnetosphäre kann ein Schutzschild gegen das anströmende stellare Plasma darstellen und die Evolution eines Planeten zu einer Welt beeinflussen, auf der Leben möglich ist.
Eine „Magnetodisk“ als Schutzschild
Die Grazer Experten interessiert auch, wie das Innere der Magnetosphäre der „heißen Jupiter“ aufgebaut sein könnte. Als Schutzschild für die oberen Atmosphärenschichten dient das Magnetfeld des Exoplaneten. Anhand des theoretischen Modells, numerischer Simulation und Modellversuchen gehen die IWF-Forscher nun davon aus, dass es in der inneren Magnetosphäre zu einer Formation einer ausgeprägten, mit Plasma gefüllten sogenannten „Magnetodisk“ kommt: „Sie erweitert den magnetischen Schutzschild des Exoplaneten nach außen“, erklärt Khodachenko. Die numerischen Simulationen würden darüber hinaus nahelegen, dass sich diese Magnetodisk periodisch erneuert, wie die österreichisch-russische Forschergruppe in ihrer jüngsten Publikation im „Astrophysikal Journal“ festhielt.
Mithilfe der Simulation konnten die Forscher auch den Einfluss des planetaren Magnetfeldes auf den Masseverlust quantifizieren. Gleichzeitig konnten erste Rückschlüsse auf jene Feldstärken gezogen werden, bei denen ein signifikanter Teil des planetaren Plasmas eingeschlossen bleibt.
Unterstützung aus Sibirien
Die numerische Simulation des exoplanetaren Magnetosphäre benötigt unzählige Prozessoren, die tagelang parallel arbeiten. Simuliert werden dabei sowohl die fotochemischen Reaktionen in der oberen Atmosphäre, der planetare Wind, die Gravitation und die Gezeitenkräfte, aber auch die dabei auftretenden magnetischen Kräfte. Bei dieser Simulation sprangen die Lomonosow-Universität in Moskau und das sibirische Supercomputerzentrum in Nowosibirsk ein.