Die Beobachtung der Plasmaringe extrasolarer Monde

Es gibt sehr viel mehr Monde als Planeten. Zumindest in unserem Sonnensystem ist das so und es gibt eigentlich keinen Grund, warum es anderswo anders sein sollte. Wir kennen schon knapp 2000 Planeten bei anderen Sternen. Und eigentlich sollten da überall auch jede Menge extrasolare Monde sein. Aber die sind natürlich schwer zu finden. Prinzipiell spricht aber nichts dagegen, dass wir sie entdecken. Methoden dafür gibt es genug und es kann eigentlich jeden Tag so weit sein. Und um ganz sicher zu gehen, entwickeln die Wissenschaftler immer wieder neue Vorschläge, wie man die extrasolaren Monde finden kann. Zum Beispiel, in dem man nach den Plasmaringen sucht, die von Vulkanen erzeugt werden.

Auf den ersten Blick mag das ein wenig weit hergeholt klingen: Was sind Plasmaringe? Was haben die mit Vulkanen zu tun? Und gibt es überhaupt Vulkane auf Monden? Ja, die gibt es. Zumindest bei uns im Sonnensystem. Der Jupitermond Io ist der vulkanisch aktivste Himmelskörper im ganzen Sonnensystem. Die starken Gezeitenkräfte die zwischen ihm und dem großen Jupiter wirken, haben den Mond durchgeknetet und aufgeheizt. Io ist voll von Vulkanen die immer wieder mal ausbrechen.

Und da Io zwar für einen Mond recht groß, mit einem Durchmesser 3643 Kilometer aber dann doch vergleichsweise klein ist, können seine Vulkane Material direkt bis ins All schleudern. Dabei handelt es sich hauptsächlich um Schwefeldioxid und diese Moleküle landen dann in Jupiters starkem Magnetfeld. Dort werden sie ionisiert und bilden einen Plasmaring (Plasma ist ja nichts anderes als ein Gas aus ionisierten, also elektrisch geladenen, Atomen bzw. Molekülen) um Jupiter herum.

Und was bei uns passiert, kann auch anderswo passieren. Es spricht absolut nichts dagegen, dass extrasolare Planeten extrasolare Monde haben. Und das diese Monde dann ebenfalls von den Gezeitenkräften aufgeheizt werden, Vulkanismus entwicklen und Plasmaringe erzeugen. Und wenn das so ist, dann lohnt es sich, danach zu suchen. Man kann entweder probieren, die Radiostrahlung der Plasmaringe zu identifizieren. Oder man sucht direkt nach Spuren des Plasmas im Licht des Sterns. Das ist der Vorschlag von Lotfi Ben-Jaffel und Gilda Ballester von den Universitäten in Paris bzw. Arizona. Sie sind der Meinung, dass man Plasmaringe auch identifizieren kann, wenn man bei planetaren Transits ganz genau hinsieht („Transit of Exomoon Plasma Tori: New Diagnosis“).

Transits haben sich ja als enorm erfolgreiche Methode bei der Planetensuche herausgestellt. Wenn ein Planet von uns aus gesehen direkt vor dem Stern vorüber zieht, dann blockiert er ein bisschen von dessen Licht. Der Stern wird periodisch heller und dunkler werden und daraus lassen sich die Eigenschaften des Planeten ableiten. Ist so ein Planet nun aber von einem Plasmaring umgeben, weil er einen vulkanischen Mond hat, dann kann das die Art und Weise beeinflussen, wie das Licht des Sterns heller und dunkler wird. Ben-Jaffel und Ballester haben das am Computer simuliert und nachgesehen, was da genau passiert.

Dazu haben sie zuerst einmal modelliert, wie solche Plasmaringe aussehen könnten. Sie haben zwei konkrete Fälle untersucht: Die schon bekannten Planeten HD 189733b und WASP-12b, bei denen man zwar noch keine Monde entdeckt, aber vielversprechende Hinweise gefunden hat. Diese Bilder zeigen, wie sich ein Plasmaring jeweils verhalten könnte:

Oben sieht man den Fall von WASP-12b, unten den Planeten von HD 189733b; Links den Blick von oben und rechts den Blick von der Seite. Die Farben geben die Verteilung des Plasmas an, das vom Mond ins Magnetfeld des Planeten transportiert wird. Bei WASP-12b befindet sich der Mond auf der linken Seite (bei „9 Uhr“); bei HD 189733b ist er auf der rechten Seite (bei „3 Uhr“). Die Dichte des Plasmas (und die Art der Moleküle aus denen es besteht) bestimmt, wie stark das Licht des Sterns vom Plasmaring absorbiert wird und wie stark die Auswirkungen auf den Transit sind. Ben-Jaffel und Ballester zeigen, dass man schon vorhandene Daten über den Transit von WASP-12b durchaus so interpretieren kann, dass sie zur Existenz eines Mondes passen:

Das Diagramm zeigt, wie die UV-Strahlung die man vom Stern messen kann, schwächer wird, wenn der Planet WASP-12b vorüber zieht. Die blauen Punkte sind die Messwerte und die Kurve zeigt, wie das Licht schwächer und wieder stärker werden müsste, wenn da wirklich ein Mond mit Plasmaring ist. Die Datenpunkte passen zwar gut zu der typisch asymmetrischen Kurve. Aber so richtig überzeugend ist das meiner Meinung nach noch nicht. Ein Modell an vorhandene Daten anzupassen ist fast immer möglich. Das gilt hier ganz besonders, denn da man keine Ahnung hat, wie stark der Vulkanismus auf einem Exomond ist, kann man die Menge des ins All geschleuderten Plasmas im Prinzip beliebig festsetzen und so immer ein Modell finden, das zu den Daten passt.

Dieser Schwachpunkt ist auch Ben-Jaffel und Ballester bewusst und deswegen schlagen sie vor, bei WASP-12b und HD 189733b nochmal genau hinzusehen. Nur wenn sich der Effekt auch bei zukünftigen Beobachtungen genau so zeigt, wird es interessant. Und wenn man hier nichts findet, dann vielleicht anderswo. Irgendwo müssen die extrasolaren Monde ja sein! Und irgendwann müssen wir sie auch finden!