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Graz/Wien (öaw) - Eine aktuelle Studie, die soeben von Wissenschaftlern des Grazer Instituts für Weltraumforschung
(IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Astrophysical Journal veröffentlicht wurde,
gewährt tiefe Einblicke in die innere Magnetosphäre so genannter „Heißer Jupiter“ und den damit
verbundenen planetaren Masseverlust.
“Heiße Jupiter” sind Jupiter-ähnliche riesige Exoplaneten, die ihren Mutterstern auf einer sehr engen
Umlaufbahn umkreisen. Diese große Nähe führt durch stellare Röntgen- und EUV-Strahlung zu
einer intensiven Erwärmung und Ionisierung der oberen Atmosphärenschichten des Planeten. Dadurch expandiert
die ionisierte Materie und wird schließlich als überschallschneller planetarer Wind abgestoßen.
Das Magnetfeld des Planeten spielt dabei eine maßgebliche Rolle, da es sowohl den Masseverlust beeinflusst
als auch als Schutzschild für die oberen Atmosphärenschichten fungiert. Nun hat ein internationales Forscherteam,
in dem Wissenschaftler des IWF mit dem Institut für Laserphysik der Russischen Akademie der Wissenschaften
zusammenarbeiten, die Dynamik und Struktur der inneren Magnetosphäre solcher „Heißer Jupiter“ untersucht.
Mit Hilfe numerischer Simulationen und Laborversuchen wurde dabei die Formation einer ausgeprägten mit Plasma
gefüllten Magnetodisk bestätigt, die das magnetische Schutzschild des Planeten nach außen hin erweitert.
„Ein realistisches numerisches Modell einer exoplanetaren Magnetosphäre muss alle wesentlichen Elemente widerspruchsfrei
inkludieren: die grundlegenden fotochemischen Reaktionen in der oberen Atmosphäre, den durch stellare Strahlung
angetriebenen planetaren Wind, die Gravitation, Gezeitenkräfte, aber auch die dabei auftretenden magnetischen
Kräfte“, erläutert Erstautor Maxim Khodachenko. „Eine derart einzigartige und komplexe numerische Simulation
benötigt tausende Prozessoren, die tagelang parallel arbeiten. Sie wurde auf den Supercomputern der Lomonossow-Universität
in Moskau und des Sibirischen Supercomputerzentrums in Novosibirsk durchgeführt.“
Die numerische Simulation ermöglichte es, den Einfluss des planetaren Magnetfeldes auf den Masseverlust zu
quantifizieren und Rückschlüsse auf jene Feldstärken zu ziehen, bei denen ein signifikanter Teil
des planetaren Plasmas innerhalb sogenannter „toter Zonen“ eingeschlossen bleibt und nicht abfließt. Darüber
hinaus wurde eine periodische Erneuerung der Magnetodisk entdeckt, die zum Auswurf von Plasma beiträgt. „Der
nächste Schritt wird die Beobachtung solcher Prozesse in der Umgebung echter Exoplaneten sein“, so Khodachenko.
Publikation
Khodachenko, M.L., et al.: Atmosphere Expansion and Mass Loss of Close-Orbit Giant Exoplanets heated by Stellar
XUV. II. Effects of Planetary Magnetic Field; Structuring of inner Magnetosphere, Astrophys. J., 813, 50, doi:10.1088/0004-637X/813/1/50
(2015)
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