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Donnerstag, 08.12.2016
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Kosmische Staubfalle löst Planetenrätsel

Entdeckung an jungem Stern erklärt, wie Planeten erste Hürden beim Wachsen überwinden

Wenn Staubpartikel zu einem Planeten heranwachsen, haben sie gleich zwei Hürden zu überwinden: Sie dürfen bei Kollisionen nicht zerplatzen und auch nicht so langsam werden, dass sie in den Stern stürzen. Das aber funktioniert nur, wenn es eine Staubfalle in der Bildungsscheibe um junge Sterne gibt - ein Gebiet, das genau die richtigen Bedingungen bietet. Ein internationales Astronomenteam hat nun erstmals eine solche Staubfalle um einen jungen Stern entdeckt. Dieser Nachweis löse eines der großen Rätsel der Planetenbildung, berichten die Forscher im Fachmagazin "Science".
Ein junger Stern umgeben von einer rotierenden Scheibe aus Gas und Staub

Ein junger Stern umgeben von einer rotierenden Scheibe aus Gas und Staub

Spätestens seitdem Teleskope immer mehr Planeten um fremde Sterne entdecken ist klar, dass solche Begleiter stellarer Himmelskörper nicht die Ausnahme sind, sondern wohl eher die Regel. Dennoch ist aber noch immer nicht ganz geklärt, wie erdähnliche Planeten um junge Sterne entstehen. Nach gängiger Theorie beginnt das Ganze mit einer kreisenden Scheibe aus Gas und Staub. In ihr wachsen Staubkörner allmählich an, indem sie zusammenstoßen und aneinander kleben bleiben.

Wachstum mit gleich zwei Haken


Die Sache hat jedoch gleich zwei Haken: Wenn größere Staubkörner mit hohen Geschwindigkeiten kollidieren, werden sie dabei meist wieder in kleine Stückchen zerschlagen und fangen somit wieder bei Null an. Außerdem werden Staubteilchen einer bestimmten Größe durch Reibung mit Gas und kleineren Staubpartikeln langsamer. Sie kreisen dann nicht mehr so schnell um den Zentralstern und würden von seiner Schwerkraft allmählich immer weiter angezogen, bis sie schließlich in den Stern stürzen. Beide Prozesse wirken somit der Entstehung größerer Staubklumpen und Protoplaneten entgegen.

Diese Aufnahme von ALMA zeigt die Staubfalle (grün) in der Akkretionsscheibe um den Stern Oph-IRS 48.

Diese Aufnahme von ALMA zeigt die Staubfalle (grün) in der Akkretionsscheibe um den Stern Oph-IRS 48.

Soll trotzdem ein Planet entstehen, benötigt der Staub eine Art sicheren Hafen, in dem Staubteilchen weiter wachsen können, bis sie groß genug sind, um weiter bestehen zu können. Solche Staubfallen wurden zwar schon zuvor als Lösung für das Dilemma vorgeschlagen, aber bislang gab es keine Beobachtungen, die ihre Existenz belegt haben. Das hat sich nun geändert. Denn mit Hilfe des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) haben Astronomen nun erstmals eine solche Staubfalle direkt beobachtet.

"Cashewnuss" erweist sich als Staubfalle


Fündig wurden die Astronomen im rund 400 Lichtjahre von der Erde entfernten Sternsystem Oph-IRS 48. Dieser junge Stern ist von einem Ring aus Gas und Staub umgeben, wie schon vorher Aufnahmen des Very Large Telescope der ESO gezeigt hatten. Neue Beobachtungen mit ALMA enthüllten nun aber, dass der Staub keineswegs eine regelmäßige Ringstruktur bildet, wie zuvor angenommen. „Wir waren wir von der Verteilung des Staubs auf dem Bild vollkommen überrascht”, berichtet Erstautorin Nienke van des Marel von der Universität Leiden. „Anstatt des Rings, den wir erwartet hatten, sieht man die Form einer Cashewnuss! Wir mussten uns erstmal selbst davon überzeugen, dass diese Struktur auch wirklich echt ist.”


Diese Computersimulation zeigt die Lage der Staubfalle (rot bis grün) in einer rotierenden Staubscheibe, in der sich bereits ein großer Gasplanet befindet.

Diese Computersimulation zeigt die Lage der Staubfalle (rot bis grün) in einer rotierenden Staubscheibe, in der sich bereits ein großer Gasplanet befindet.

Das starke Signal und die Schärfe der ALMA-Aufnahmen ließen daran aber keinen Zweifel: Der Stern besitzt eine Staubfalle - eine Region, in der größere Staubkörner gefangen werden und durch Kollisionen und Aneinanderhaftenbleiben weiter wachsen können. Ein Wirbel im Gas der Scheibe sorgt dafür, dass der Staub dabei weder zu schnell wird, um bei Kollisionen zu zerplatzen, noch zu langsam und in den Stern zu stürzen droht.

„Es ist sehr wahrscheinlich, dass wir auf eine Art Kometenfabrik schauen, da die Bedingungen dort im Moment gerade so sind, dass Staubteilchen von Millimetern bis auf Kometengröße heranwachsen können”, erklärt van der Marel. Es sei dagegen unwahrscheinlich, dass sich aus dieser Staubfalle ausgewachsene Planeten bilden. Aber ALMA wird in naher Zukunft auch in der Lage sein, Staubfallen näher am Mutterstern zu beobachten, wo derselbe Mechanismus am Werk ist. Solche Staubfallen wären dann wirklich die Geburtsstätten von neuen Planeten.
(European Southern Observatory - ESO, 07.06.2013 - NPO)
 
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