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Astronomie+Physik

Doppelstern mit gekippter Staubscheibe

HD 98800 B
Das Doppelsternsystem HD 98800 B mit seiner polaren protoplanetaren Scheibe (Illustration) (Grafik: University of Warwick/Mark Garlick)

Wie Planeten in einer rotierenden Gas- und Staubwolke um ihren Stern entstehen, haben Astronomen inzwischen schon mehrfach beobachten können. Jetzt jedoch haben sie eine ungewöhnliche Planetenwiege aufgespürt: Es handelt sich um eine protoplanetare Scheibe, die ein zentrales Sternenpaar nicht auf deren Bahnebene umkreist, sondern fast senkrecht dazu. Dies sei der erste bekannte Fall einer solchen polaren protoplanetaren Scheibe um einen Doppelstern, sagen die Astronomen.

Die Planeten unseres Sonnensystems entstanden einst in einer rotierenden Scheibe aus Gas und Staub um die junge Sonne. Solche protoplanetaren Scheiben und sogar junge Planeten in ihnen haben Astronomen inzwischen auch um andere Sterne entdeckt. In den meisten Fällen liegt dabei die Ebene der Scheibe und Planeten etwa auf der Äquatorebene des Sterns. Doch es gibt auch Ausnahmen: „Bei der Bildung der protoplanetaren Scheibe kann es zu einer Falschausrichtung kommen, so dass die Ebene der orbitalen Scheibe sich vom stellaren Äquator unterscheidet“, erklären Grant Kennedy von der University of Warwick und seine Kollegen. Als Folge entstehen Planetensysteme, die senkrecht zur Rotation ihres Sterns kreisen. Theoretische Modelle sagen voraus, dass solche polaren Staubscheiben auch bei Doppelsternen entstehen können. „Bisher aber waren keine Beispiele für solche polaren protoplanetaren Scheiben um Doppelsterne bekannt“, so die Astronomen.

Staubscheibe überm Pol statt Äquator

Das hat sich nun geändert. Denn Kennedy und sein Team haben nun die erste polare Staubscheibe um einen Doppelstern aufgespürt. Fündig wurden sie in dem rund 150 Lichtjahre entfernten Sternensystem HD 98800 – einem Verbund aus gleich zwei jungen Sternenpaaren. Von einem dieser Paare, Ba und Bb getauft, ist schon länger bekannt, dass es von einer hellen Scheibe aus Gas und Staub umgeben ist. Wie genau dieser Staubring jedoch ausgerichtet ist, blieb zunächst unklar. Jetzt haben die Astronomen dieses System mit dem Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array (ALMA) näher ins Visier genommen. Die Aufnahmen im Wellenlängen-Bereich von 1,3 Millimetern eignen sich besonders gut dafür, die Verteilung von Staub und Kohlenmonoxid sichtbar zu machen.

Wie die ALMA-Aufnahmen enthüllten, weicht die Staubscheibe von HD 98800 B in ihrer Orientierung von der Bahnebene der beiden zentralen Sterne ab. Während sich die beiden Sterne umkreisen wie zwei Pferde auf einem Karussell, steht die Staubscheibe fast senkrecht dazu – wie ein Riesenrad, das sich über diesem Karussell erhebt. „Damit berichten wir über die erste Entdeckung einer protoplanetaren Scheibe um einen Doppelstern, die in polarer Konfiguration steht“, sagen die Forscher. „Das bestätigt die theoretischen Vorhersagen, nach denen es solche Scheiben geben muss.“

Planeten mit vier Sonnen

Wenn aus dieser Staubscheibe einst Planeten entstehen, würden die Reste des Staubrings von ihrer Oberfläche aus wie ein breites Band senkrecht über dem Horizont erscheinen. Die beiden Sonnen stünden dann nebeneinander am Himmel. Das zweite, rund 50 astronomische Einheiten entfernte Sternenpaar HD 9880 A wäre als zwei kleinere, weniger helle Lichtpunkte wahrscheinlich ebenfalls am Himmel zu sehen. „Wenn es in diesem System Planeten geben wird, dann hätten sie gleich vier Sonnen am Himmel“, sagt Co-Autor Daniel Price von der Monash University in Melbourne.

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Noch allerdings sind in der protoplanetaren Scheibe von HD 98800 B keine Planeten nachweisbar – doch das könnte noch kommen: „Das vielleicht spannendste an dieser Entdeckung ist, dass diese Scheibe einige der gleichen Signaturen aufweist, wie wir sie von der Staub-Akkretion in Scheiben um Einzelsterne kennen“, sagt Kennedy. „Das bedeutet, dass die Planetenbildung in solchen polaren Doppelstern-Scheiben zumindest beginnen kann. Sollte sich die Planetenbildung dann weiter fortsetzen, könnte es im Kosmos eine ganze Population solcher fehlausgerichteter Doppelstern-Planeten geben, deren Entdeckung noch aussteht.“

Quelle: Grant Kennedy (University of Warwick, Coventry) et al., Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-018-0667-x

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