Gasfälle in der Sternenscheibe - wissenschaft.de
Anzeige
Anzeige

Astronomie+Physik

Gasfälle in der Sternenscheibe

Fälle aus Gas
Gewaltige Fälle aus Gas strömen zum Babyplaneten hinab. (NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello)

Wenn Planeten entstehen, sind sie zunächst für Astronomen unsichtbar. Denn die Planetenembryos verbergen sich in einer rotierenden Scheibe aus Gas und Staub – meist verrät nur eine Lücke in dieser protoplanetaren Scheibe ihre Existenz. Doch nun haben Astronomen bei einem jungen, rund 400 Lichtjahre entfernten Stern noch einen weiteren Effekt junger Planeten nachgewiesen: An den von den Protoplaneten gerissenen Lücken der Scheibe bilden sich mächtige Fälle aus Gas. Sie stürzen von oben und unten auf die Protoplaneten ein und könnten diesen das Material für ihre Atmosphären liefern, wie die Forscher berichten.

Unsere Erde und alle anderen Planeten des Sonnensystems entstanden einst in einer großen, rotierenden Scheibe aus Staub und Gas, die die junge Sonne umgab. Sie lieferte zunächst das Baumaterial für die Planetenkerne und später dann das Gas für die Atmosphären der Protoplaneten. Beobachtungen von protoplanetaren Scheiben um andere Sterne sprechen dafür, dass die heranwachsenden Planeten dadurch den Gasstrom in den rotierenden Scheiben verändern und später sogar Lücken reißen. Im letzten Jahr gelang es Astronomen, bei dem knapp 400 Lichtjahre entfernten Stern HD 163296 anhand solcher Gasbewegungen gleich drei mögliche Planetenembryos aufzuspüren. Die Teleskope des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hatten an drei Stellen der Scheibe auffallende Geschwindigkeitsveränderungen im Kohlenmonoxidgas gezeigt.

„Wasserfälle“ aus Gas

Jetzt haben Astronomen um Richard Teague von der University of Michigan in Ann Arbor sich den rund vier Millionen Jahre junge Stern und seine drei möglichen Planetenembryos noch einmal genauer angeschaut. Sie nutzten dafür neue, noch hochauflösendere Daten der ALMA-Teleskope, um die Gasbewegungen in der protoplanetaren Scheibe erstmals in drei Dimensionen zu beobachten. „Zum ersten Mal haben wir die Bewegung des Gases um den Stern herum, auf ihn zu und von ihm weg und auch in der Scheibe nach oben oder unten gemessen“, sagt Teague. Die Beobachtungen enthüllten, dass sich das Gas an den drei schon zuvor identifizierten Positionen der Planetenkandidaten auch in Bezug auf die dritte Dimension auffällig verhält: Es stürzt wie ein Wasserfall vom oberen Rand der Lücke nach unten – zur Mitte der Scheibe. „Es war eine große Überraschung, diese Gasströme so klar zu sehen. Die Scheibe um HD 163296 ist offenbar weit dynamischer als wir gedacht haben“, sagt Teague.

Zwar haben Astronomen solche meridionalen Gasströme von der Oberfläche der Akkretionsscheibe hin zu ihrer Mitte schon Ende der 1990er Jahre theoretisch vorhergesagt. Bisher jedoch fehlte der Beobachtungsbeweis für ihre Existenz. Den haben nun Teague und sein Team mit ihren ALMA-Aufnahmen nachgeliefert. „Planeten bilden sich in der mittleren Ebene der Scheibe – einem kalten, vor der Strahlung des Sterns geschützten Ort“, erklärt Teague. Wenn nun ein junger Planet heranwächst, drängt er Gas und Staub zur Seite und öffnet eine Lücke über und unter sich. „Das Gas darüber stürzt dadurch wie ein Wasserfall in die Lücke und erzeugt einen wirbelnden Gasstrom in der Scheibe“, so der Astronom.

Baumaterial für die Atmosphären?

„Dies gibt uns eine weit vollständigere Vorstellung der Planetenbildung als wir je erträumt hätten“, sagt Co-Autor Ted Bergin von der University of Michigan. „Indem wir diese Gasströme charakterisieren, können wir ermitteln, wie Planeten wie Jupiter geboren wurden und wie ihre chemische Zusammensetzung bei ihrer Geburt war.“ Die Astronomen vermuten, dass das auf den Planetenembryo herabstürzende Gas entscheidend dazu beiträgt, seine Atmosphäre zu bilden. „Die vom Planeten gerissenen Lücken bringen wärmeres Gas aus den chemisch aktiveren äußeren Schichten der Scheibe zu ihm“, erläutern die Forscher. „Es ist dieses mit flüchtigen Substanzen angereicherte Gas, das dann die Atmosphäre des eingebetteten Planeten bildet und nicht das Material aus der Mittelebene der Scheibe.“

Anzeige

Gleichzeitig liefern die neuentdecken Gasströme auch weitere Indizien dafür, dass an diesen drei Stellen um den Jungstern HD 163296 neue Planeten entstehen. „Die Muster dieser Gasströme sind einzigartig und es ist sehr wahrscheinlich, dass sie nur durch Planeten hervorgerufen werden können“, sagt Co-Autor Jaehan Bae von der Carnegie Institution for Science. Er hat diese Hypothese mithilfe einer Computersimulation der Scheibe und ihrer Dynamik überprüft. Auf Basis der bisherigen Indizien schließen die Astronomen, dass der innerste Protoplanet etwa eine halbe Jupitermasse besitzen könnte, der mittlere hat rund eine Jupitermasse und der äußere Jungplanet könnte sogar doppelt so massereich sein wie der Jupiter. Letztlich könne allerdings nur eine direkte Beobachtung der Planeten den nötigen Beweis liefern, sagt Bae.

Quelle: Richard Teague (University of Michigan, Ann Arbor) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-019-1642-0

Anzeige

bild der wissenschaft | Aktuelles Heft

Anzeige

Aktueller Buchtipp

Sonderpublikation in Zusammenarbeit  mit der Baden-Württemberg Stiftung
Jetzt ist morgen
Wie Forscher aus dem Südwesten die digitale Zukunft gestalten

Wissenschaftslexikon

Ars Aman|di  〈f.; – –; unz.〉 Liebeskunst [<lat. ars ... mehr

Kohl  〈m. 1; Bot.〉 sehr verbreitete Gemüsepflanze, die in zahlreichen Arten verbreitet ist u. der Gattung der Kreuzblütler angehört: Brassica (Blatt~, Blumen~, Grün~, Kopf~, Rosen~, Rot~, Sauer~, Weiß~, ~rabi) ● seinen ~ pflanzen Landwirtschaft betreiben; ... mehr

Gar|ten|erb|se  〈f. 19〉 einjähriger Schmetterlingsblütler, Hülsenfrucht: Pisum sativum; Sy Felderbse ... mehr

» im Lexikon stöbern
Anzeige
Anzeige