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Exoplaneten

Wie ein planetares Riesenbaby wächst

Künstlerische Darstellung des wachsenden Exoplaneten PDS 70b. (Bild: NASA, ESA, STScI, Joseph Olmsted, STScI)

Eine kosmische Wiege im Visier: Astronomen haben Einblicke in den Entstehungsprozess eines fernen Riesenplaneten gewonnen. Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops zeigen, wie sich der Planetensprössling aus seinem Umfeld heißes Gas einverleibt, das im UV-Bereich leuchtet. So war es auch möglich, die Zuwachsrate des bereits riesigen Planeten einzuschätzen, der sich wahrscheinlich am Ende seines Entstehungsprozesses befindet.

Ferne Welten sind Planetenjägern in den letzten Jahren geradezu massenweise ins Netz gegangen – mittlerweile stehen deshalb die besonderen Exemplare im Fokus und Astronomen versuchen, ihnen immer mehr Geheimnisse zu entlocken. Ein spezielles Interesse gilt dabei den Baby-Planeten. Denn Einblicke in die planetaren Kinderstuben können auch Licht auf die Geschichte unseres Sonnensystems werfen, in dem sich die Erde und ihre Geschwister einst ebenfalls aus einer protoplanetaren Scheibe gebildet haben.

Im Bereich der Erforschung junger Planetensysteme sorgten 2018 Aufnahmen des Very Large Telescope für Aufsehen: Sie zeigten einen Planeten, der gerade in der Staubscheibe um einen jungen Stern heranwächst und bereits die fünffache Masse des Jupiters erreicht hat. Der Exoplanet mit der Bezeichnung PDS 70b wurde dabei auf ein im astronomischen Maßstab sehr geringes Alter von fünf Millionen Jahren geschätzt. Er umkreist einen Zwergstern, der sich 370 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Centaurus befindet.

Ein Astro-Promi im UV-Blick

Dieses planetare Riesenbaby stand nun erneut im Visier eines internationalen Astronomenteams. „Wir wissen bisher wenig darüber, wie Riesenplaneten entstehen. Dieses System bot Möglichkeiten, zu beobachten, wie Material auf einen Planeten fällt“, sagt Co-Autor Brendan Bowler von der University of Texas in Austin. Bei ihren Untersuchungen kam nun das Hubble-Weltraumteleskop der NASA zum Einsatz. Wie die Astronomen erklären, ermöglichte seine spezielle Empfindlichkeit gegenüber ultravioletter Strahlung (UV) die Einblicke in den planetaren Wachstumsprozess. Denn in diesem Wellenlängenbereich leuchtet das heiße Gas, wenn der Planet es sich aus seinem Umfeld einverleibt.

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Um dies mit Hubble „sehen“ zu können, galt es allerdings eine grelle Herausforderung zu meistern: Die Astronomen mussten den Mutterstern ausblenden. Denn er leuchtet im UV-Wellenlängenbereich mehr als 3000 Mal heller als der Planet PDS 70b. Es gelang den Forschern schließlich, ein Bildbearbeitungsverfahren zu entwickeln, durch das sich das Blendlicht des Sterns entfernen lässt, sodass sich nur noch das vom Planeten emittierte Licht abzeichnet. Dabei handelt es sich um einen wichtigen Aspekt der Studie, betonen die Wissenschaftler. Denn das Verfahren erweitert die Möglichkeiten der Planetenuntersuchung mittels Hubble.

Durch ihre UV-Beobachtungen konnten die Astronomen nun verdeutlichen, wie das Material der Gas- und Staubscheibe des Sterns zum Futter des jungen Planeten wird. PDS 70b ist dabei von einer eigenen Gas- und Staubscheibe umgeben, die wiederum Material aus der weitaus größeren zirkumstellaren Scheibe absaugt. Die Forscher vermuten, dass sich Magnetfeldlinien von der zirkumstellaren Scheibe bis in die Atmosphäre des Exoplaneten erstrecken und Material auf die Oberfläche des Planeten leiten.

Die Wachstumsrate zeichnet sich ab

Durch ihre Beobachtungen über fünf Monate hinweg konnten die Astronomen auch das Ausmaß des Materialzustroms einschätzen: „Mit den Beobachtungen von Hubble konnten wir kalkulieren, wie schnell der Planet an Masse hinzugewinnt“, sagt Co-Autor Yifan Zhou von der University of Texas. „Unsere Messungen legen dabei nahe, dass sich PDS 70b am Ende seines Entstehungsprozesses befindet.“ Denn bei der gegenwärtig gemessenen Akkretionsrate wird er in einer weiteren Million Jahre nur noch um etwa ein Hundertstel einer Jupitermasse zunehmen. In den geschätzten fünf Millionen Jahren seiner Existenz hat er hingegen bereits das Fünffache der Masse des größten Planeten unseres Sonnensystems angesammelt.

Um genauer beurteilen zu können, wie sich PDS 70b weiterentwickeln wird, sind allerdings weitere Daten nötig, sagen die Wissenschaftler. Sie könnten zeigen, inwieweit sich die Rate der Massenzunahme mit der Zeit verändert. „Wir können dieses System nun wiederholt untersuchen und darüber hinaus eröffnen unsere Beobachtungsstrategie sowie die Nachbearbeitungstechnik nun neue Fenster, um ähnliche Systeme mit Hubble zu untersuchen“, sagt Bowler. Mit zukünftigen Beobachtungen könnten wir somit möglicherweise Hinweise gewinnen, wann der Großteil des Gases und des Staubs auf Planeten bei ihrer Entstehung fällt und ob dies mit einer konstanten Rate geschieht“, sagt der Astronom.

Quelle: NASA, Fachartikel: The Astronomical Journal, doi: 10.3847/1538-3881/abeb7a

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