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Astronomie

Sind Planeten Geschwister ihrer Sterne?

Sterne und Planeten wachsen gemeinsam, legen Materie-Strukturen um einen noch wachsenden Protostern nahe. (Bild: MPE/D. Segura-Cox)

Eine kosmische Wiege im Visier: Aufnahmen eines sehr jungen Sternsystems widersprechen dem Bild der Planeten als Kindern der Sterne. Sie bilden sich möglicherweise bereits, während das strahlende Zentrum selbst noch wächst. Dies geht aus den strukturellen Merkmalen der protostellaren Scheibe hervor, die den Babystern IRS 63 umgibt. Die Ergebnisse können zum Verständnis der Entstehung von Planetensystemen wie unserem eigenen beitragen, sagen die Astronomen.

Was passiert am Anfang? Diese Frage ist in vielen Bereichen der Wissenschaft besonders reizvoll – so auch in der Astronomie. Deshalb sind Einblicke in die Kinderstuben der Sterne und Planeten so besonders begehrt. Sie haben bereits verdeutlicht: Die Himmelskörper bilden sich aus einer Ansammlung von Gas und Staub, die schließlich die Form einer protostellaren Scheibe annimmt. Auch unsere Sonne und ihre Begleiter waren einst Klumpen, die in einem solchen Gebilde durch die Zusammenballung des Materials heranwuchsen. Bisher nahm man an, dass sich zuerst der Stern im Zentrum weitgehend ausgebildet hat, bevor die Entstehung der Planeten aus der protoplanetaren Scheibe einsetzt. Doch die aktuellen Beobachtungen stellen diese Abfolge nun infrage.

500.000 Jahre jung

Im Visier der Astronomen um Dominique Segura-Cox vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching (MPE) stand der Protostern IRS 63. Dieses System befindet sich 470 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Schlangenträger. Wie sie berichten, hat der Protostern ein Alter, das im kosmischen Maßstab einem Wimpernschlag entspricht: Mit 500.000 Jahren ist IRS 63 ein ausgesprochener Babystern. Derart junge Protosterne sind noch von einer großen Menge Materie umgeben, aus der sich der Protostern und seine Scheibe bilden. In Systemen, die älter als eine Million Jahre sind und in denen die Protosterne den größten Teil ihrer Masse schon angesammelt haben, haben Astronomen bereits Ringe und Lücken entdeckt, die auf die Bildung von Planeten hindeuten. Die Anwesenheit der Protoplaneten prägt diese Strukturen den Scheiben gleichsam auf.

Doch die Beobachtungen von IRS 63 verschieben diese Marke nun deutlich weiter in die Frühphase der Entwicklung: Auf den Aufnahmen des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) sind in der protostellaren Scheibe des noch stark wachsenden Sterns bereits mehrere Lücken beziehungsweise Ringstrukturen zu erkennen. Darin sehen die Wissenschaftler Hinweise darauf, dass die Planetenbildung schon in dieser sehr frühen Phase der Entwicklung des Systems eingesetzt hat. „Bisher dachten wir, dass zuerst die Sterne erwachsen werden und dann quasi Mütter der Planeten sind, die erst später kommen. Aber nun zeichnet sich ab, dass Protosterne und Planeten gemeinsam wie Geschwister wachsen und sich entwickeln“, sagt Segura-Cox.

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Doch handelt es sich vielleicht nur um „strukturiertes Futter“ für die weitere Bildung des Sterns? Dies scheint möglich, denn selbst wenn sich ein Planetenembryo aus Staubklumpen gebildet hat, könnte der im Entstehen begriffene Planet wieder verschwinden, indem er auf einer Spiralbahn weiter zum Zentrum driftet und vom Protostern geschluckt wird. Doch möglicherweise gilt das nur für die Protoplaneten in der Nähe des Sterns. Wenn sich Himmelskörper sehr früh und in großer Entfernung vom Zentrum bilden, könnten sie überleben und später näher zum Stern wandern, sagen die Wissenschaftler.

Mögliche Hinweise auf die Geschichte unseres Sonnensystems

In diesem Zusammenhang konnte das Team zeigen, dass die junge Scheibe von IRS 63 noch etwa 0,5 Jupitermassen an Staub in vergleichsweise großer Entfernung vom Zentrum besitzt: Sie entspricht der Distanz des Uranus zur Sonne in unserem Sonnensystem. Wie sie erklären, sind mindestens 0,03 Jupitermassen an Feststoff erforderlich, um einen Planetenkern zu bilden, der weitere Materie ansammeln und zu einem riesigen Planeten heranwachsen kann. Das bedeutet: Der Staub, der IRS 63 umgibt, hat das Potenzial, schon jetzt Planeten zu bilden, die dem System erhalten bleiben.

Dies lenkt den Blick auf unser eigenes Sonnensystem: Es gibt bereits Hinweise darauf, dass sich Jupiter ursprünglich jenseits der Neptunbahn gebildet haben könnte und dann erst später nach innen zu seinem jetzigen Standort gewandert ist. Möglicherweise ähnelt das System von IRS 63 somit unserem Sonnensystem in seiner Babyphase. „Die Größe der Scheibe ist unserem eigenen Sonnensystem auch sehr ähnlich“, betont Segura-Cox in diesem Zusammenhang. „Sogar die Masse des Protosterns ist nur wenig geringer als die unserer Sonne“.

Die Schlussfolgerungen der Forscher müssen nun durch weitere Beobachtungen untermauert werden und so hoffen sie auf die Möglichkeit, weitere sehr junge Systeme untersuchen zu können: „Diese Ergebnisse zeigen, dass wir uns auf die jüngsten Systeme konzentrieren müssen, um die Entstehung von Planeten wirklich zu verstehen“, sagt Co-Autor Jaime Pineda vom MPE. Seine Kollegin Segura-Cox sagt dazu abschließend: Die Untersuchung solch junger Scheiben um Protosterne, in denen Planeten entstehen, kann uns wichtige Erkenntnisse über unseren eigenen Ursprung liefern“, so die Astronomin.

Quelle: Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Fachartikel: Nature, doi: 10.1038/s41586-020-2779-6

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