Astronomen gelingt erste Beobachtung einer zirkumplanetaren Staubscheibe Staubige "Mondwiege" entdeckt - scinexx | Das Wissensmagazin
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Staubige „Mondwiege“ entdeckt

Astronomen gelingt erste Beobachtung einer zirkumplanetaren Staubscheibe

Zikrumplanetare Scheibe
Diese Kompositaufnahmen zeigen den jungen Gasriesen PD 70c und seine Staubscheibe – dies ist die erste eindeutige Beobachtung einer zirkumplanetaren Scheibe.© ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) A. Isella; ESO

Zeugen einer  Mondgeburt: Astronomen könnten erstmals die Wiege extrasolarer Monde aufgespürt haben – den Staubring um einen fernen, jungen Exoplaneten. In einem solchen zirkumplanetaren Staubring könnten einst auch die Monde des Jupiter entstanden sein, so die Theorie. Doch erst jetzt konnten Forscher einen solchen Staubring sozusagen „auf frischer Tat“ ertappen. Dies gelang mithilfe des ALMA-Teleskops.

Der Jupiter besitzt einen ganzen Hofstaat von Monden – mindestens 79 sind es nach letztem Stand. Doch wie sind diese Trabanten des Gasriesen einst entstanden? Während der Erdmond das Resultat einer enormen Kollision in der Frühzeit unseres Planeten war und die meisten Saturnmonde erst relativ spät durch Kollisionen von eisigen Ringbrocken entstanden, ist dies beim Jupiter anders. Seine Trabanten sollen auf ähnliche Weise entstanden sein wie die Planeten des Sonnensystems: durch Akkretion in einer Staubscheibe.

Mondentstehung
Staubscheibe um einen jungen Gasriesen – so stellen sich Astronomen die "Wiege" der Jupitermonde vor. © NRAO/AUI/ NSF, S. Dagnello

Fahndung nach „Mondwiegen“

„Jupiter und seine Monde sind ein eigenes kleines Planetensystem in unserem Sonnensystem „, erklärt Erstautor Andrea Isella von der Rice University. „Gängiger Hypothese nach bildeten sich diese Monde aus einer zirkumplanetaren Scheibe als der Jupiter noch sehr jung war.“ Modellen zufolge bilden sich solche „Mondgeburtszonen“ nur um sehr große, massereiche Planeten und bleiben nur rund zehn Millionen Jahre bestehen.

Genau das aber machte es bisher schwer, die Existenz solcher „Mondwiegen“ um junge Planeten durch Beobachtungen zu belegen. „Es gab eine Handvoll von Kandidaten in Akkretionsscheiben um junge Sterne, aber sie sind noch umstritten“, sagt Isella. Zu diesen Protoplaneten mit möglichen zirkumplanetaren Scheiben gehörten auch zwei Objekte um den rund 370 Lichtjahre entfernten Zwergstern PDS 70.

Staubscheibe um jungen Gasriesen

Jetzt ist es Isella und seinem Team erstmals gelungen, die Existenz einer zirkumplanetaren Scheibe bei einem der Protoplaneten um PDS 70 zu belegen. „Zum ersten Mal können wir nun eindeutig die Spuren einer zirkumplanetaren Scheibe sehen“, sagt Isella. Dies gelang mithilfe der hochauflösenden Aufnahmen des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), die frühere Beobachtungen im infraroten und sichtbaren Bereichi des Lichts ergänzten und bestätigten.

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zikrumplanetare Scheibe
Diese Aufnahme des ALMA-Teleskops zeigt die Staubansammlung um den jungne Planeten PD 70c. © ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), A. Isella

Die „Mondwiege“ zeigt sich als deutliche Ansammlung von Staub und Gas um den äußeren, größeren Protoplaneten von PDS 70. Dieser Planet umkreist den Stern in rund 5,3 Milliarden Kilometern Entfernung – dies entspricht etwa dem Abstand von der Sonne zum Planeten Neptun. Die Astronomen schätzen, dass PDS 70c mindetens die Masse des Jupiter besitzt, möglicherweise sogar das Zehnfache davon. Er ist damit schwer genug, um eine zirkumpolare Scheibe an sich zu binden.

Genug Material für fast planetengroße Monde

Die Forscher schätzen, dass die Staubscheibe um den jungen Riesenplanet genügend Materie enthält, um einen oder mehrer kleine Monde zu bilden. „Wenn der Planet am größeren Ende unsere Massenschätzung liegt, dann könnten sich in seinem Orbit sogar gerade planetengroße Monde bilden“, sagt Isella. Die neuen Beobachtungsdaten zeigen zudem, dass der junge Gasriese noch immer dabei ist, Gas aus seiner Umgebung an sich zu ziehen – er wächst demnach noch.

Interessant ist jedoch auch eine auffallende Signatur in der Nähe des zweiten, weiter innen kreisenden Jungplaneten: PD 70b, ebenfalls ein junger Gasriese mit mehr Masse als der Jupiter, scheint eine Woke aus Staub hinter sich herzuziehen – ähnlich wie ein dichter Kometenschweif. „Worum es sich dabei handelt und was das für dieses Planetensytem bedeutet, wissen wir aber noch nicht“, sagt Isella.

Die Astronomen hoffen, das Rätsel dieses Staubschweifs in kommenden Beobachtungen mit dem ALMA-Teleskop lösen zu können. Zudem wollen sie auch die zirkumplanetare Scheibe um PD 70c näher in Augenschein nehmen. „Dies wird uns einzigargige Einblicke in die orbitalen Merkmale von Planetensystem in ihren allerfrühesten Entwicklungsstadien geben“, erklärt Isella. (Astrophysical Journal Letters, 2019; doi: 10.3847/2041-8213/ab2a12)

Quelle: National Radio Astronomy Observatory

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