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Astronomie

Wo Monde geboren werden

Nahaufnahme der mondbildenden Scheibe um einen jungen Gasriesen in fast 400 Lichtjahren Entfernung von uns. Die Aufnahme zeigt den Planeten und seine Scheibe in der Bildmitte, wobei die zirkumstellare Scheibe den größten Teil der rechten Seite des Bildes einnimmt. (Bild: ALMA, ESO/NAOJ/NRAO, /Benisty et al.)

Vielleicht formen sich dort bereits Trabanten-Vorstufen: Astronomen präsentieren erstmals eindeutige Aufnahmen einer mondbildenden Staubscheibe um einen jungen Exoplaneten. Den Daten zufolge reicht ihre Masse aus, um dem Jupiter-ähnlichen Himmelskörper drei Trabanten von der Größe unseres Mondes zu verschaffen. Die Beobachtungen können nun zum Verständnis der Entwicklungen in jungen Planetensystemen beitragen, sagen die Wissenschaftler.

Um Jupiter oder Saturn wimmelt es geradezu von ihnen: Neben den Planeten bilden rund 170 Monde die Welten unseres Sonnensystems. Dabei gibt es ausgesprochen spannende Exemplare: Die Monde Enceladus und Europa könnten in ihrem Inneren flüssiges Wasser besitzen und kommen damit als potenzielle außerirdische Lebensräume in Frage. Es ist davon auszugehen, dass auch viele Planeten ferner Sternsysteme von Monden umkreist werden. Bisher konnte aber kein Exomond definitiv nachgewiesen werden und auch ihre möglichen Bildungsgeschichten erscheinen unklar.

Im Fall unseres Erdmonds wird eine Entstehung durch die Kollision der Erde mit einem marsgroßen Protoplaneten vermutet. Bei den Trabanten der Gasriesen geht man hingegen von einer anderen Geschichte aus: Demnach bildeten sich die Planeten zunächst in der sogenannten zirkumstellaren Staubscheibe um die Sonne, indem sie immer mehr Materie ansammelten. Bei diesem Wachstumsprozess kann ein Planet auch eine eigene sogenannte zirkumplanetare Scheibe hervorbringen, aus der das Material langsam auf das Zentrum fällt. Gleichzeitig können sich Gas und Staub in der zirkumplanetaren Scheibe auch durch Kollisionen zu immer größeren Gebilden zusammenballen, was schließlich zur Geburt von Monden führt. Soweit die Theorie. Doch es gibt noch immer viele offene Frage dazu, wann, wo und wie sich Planeten und Monde bilden.

Verschärfter Blick auf ein junges System

Wegen möglicher Einblicke stehen bereits seit einigen Jahren zwei Planeten des jungen Sternsystems PDS 70 im Visier eines internationalen Astronomenteams. „Mehr als 4000 Exoplaneten wurden bisher gefunden, aber alle von ihnen wurden in entwickelten Systemen entdeckt. PDS 70b und PDS 70c, die ein System bilden, das an das Jupiter-Saturn-Paar erinnert, sind die beiden einzigen bisher entdeckten Exoplaneten, die sich noch im Entstehungsprozess befinden“, erklärt Co-Autorin Miriam Keppler vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg. Bereits 2019 haben Astronomen Hinweise auf eine möglicherweise mondbildende Scheibe um PDS 70c präsentiert. Da sie die Scheibe aber nicht eindeutig von ihrer Umgebung unterscheiden konnten, fehlte bisher der klare Nachweis und auch detailliertere Informationen gab es nicht.

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„Unsere Arbeit stellt nun hingegen eine eindeutige Bestätigung dar“, sagt Erstautorin Myriam Benisty von der Universität von Grenoble. Den schärferen Blick auf das System hat dabei das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) ermöglicht. „Unsere Daten wurden mit einer so exzellenten Auflösung gewonnen, dass wir klar erkennen konnten, dass die Scheibe mit dem Planeten assoziiert ist. Zudem sind wir in der Lage, ihre Größe zum ersten Mal einzugrenzen“, sagt Benisty.

Material für drei Erdmonde

Aus den ALMA-Daten geht hervor, dass die zirkumplanetare Scheibe etwa den gleichen Durchmesser besitzt wie die Entfernung von unserer Sonne zur Erde. Es handelt sich also um einen weiten Bereich um den Planeten: Die Scheibe um PDS 70c ist etwa 500-mal größer ist als die Ringe des Saturns. Auch Rückschlüsse auf die enthaltenen Materiemassen waren möglich, berichten die Astronomen. „Wir nutzten die Emissionsdaten von Staubkörnern, um abzuschätzen, wie viel Masse sich in der Scheibe befindet, woraus sich das potenzielle Reservoir für die Bildung eines Mondsystems um PDS 70c ergibt“, erklärt Co-Autor vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge. Es ist demnach genug Material vorhanden, um bis zu drei Himmelskörper von der Größe unseres Erdmonds hervorzubringen.

Neben dem Nachweis der Mond-Geburtszone um PDS 70c konnten die Wissenschaftler im Fall des benachbarten Planeten PDS 70b das Fehlen einer zirkumplanetaren Scheibe nun eindeutig aufzeigen. Auch daraus ergeben sich wiederum interessante Hinweise: PDS 70c könnte seinem Nachbarplaneten demnach das Staubmaterial aus seiner Geburtsumgebung entzogen haben, sagen die Wissenschaftler.

Ein noch tieferes Verständnis des spannenden Planetensystems erhoffen sie sich nun von zukünftigen Beobachtungen mit dem Extremely Large Telescope (ELT) der europäischen Südsternwarte ESO, das momentan auf dem Cerro Armazones in der chilenischen Atacama-Wüste gebaut wird. Vor allem wollen sie damit die Gasbewegungen um PDS 70c untersuchen, um ein vollständiges 3D-Bild des Systems zu erhalten. „Das ELT wird der Schlüssel für diese Forschung sein, da es uns mit seiner viel höheren Auflösung ermöglichen wird, das System sehr detailliert zu kartieren“, sagt Co-Autor Richard Teague vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Quelle: ESO, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Fachartikel: The Astrophysical Journal Letters, doi: 10.3847/2041-8213/ac0f83

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