Sternensysteme: Ausnahme im All
Planeten gehen aus Gas- und Staubwolken hervor. Ein relativ schneller Prozess, glaubte man bislang. Der jüngste betagte Neufund stellt dies allerdings in Frage.
© David A. Aguilar, Harvard-CfA (Ausschnitt)
Lee Hartmann und Nuria Calvet waren überrascht. "Das ist so, als würde man eine 200 Jahre alte Person treffen", versucht Hartmann die Bedeutung ihrer Entdeckung zu beschreiben. Er und sein Astronomenkollege vom Harvard-Smithsonian Zentrum für Astrophysik haben mit Hilfe des Spitzer-Weltraumteleskops eine 25 Millionen Jahre alte protoplanetare Staubscheibe entdeckt – die bislang älteste, die man kennt.
Protoplanetare Staubscheiben sind flache, ringförmige Wolken aus Gas und Staub, die sich um junge Sterne herum erstrecken. Die in ihnen enthaltenen Staubteilchen, die anfangs noch wie feiner Zigarettenrauch verteilt sind, lagern sich im Lauf der Zeit zu immer größeren Gebilden zusammen. Zunächst verklumpen einzelne von ihnen zu winzigen Flusen, die ihrerseits zu größeren Brocken verschmelzen. Diese wiederum lagern sich zu noch größeren Objekten zusammen, bis Planetenvorläufer und schließlich Planeten hervorgehen.
Soweit das Schema, wie man es sich grob vorstellt. Allerdings sind die Astrophysiker weit davon entfernt, den Prozess im Einzelnen zu verstehen. Zu vieles dabei ist unbekannt. Was passiert zum Beispiel, wenn sich aus dem Staub zentimetergroße Brocken gebildet haben? Müssten diese nicht, wenn sie in der wirbelnden Staubscheibe aufeinander prallen, wieder in ihre Einzelteile zerbersten? Tatsächlich kommen einige mathematische Simulationen der Planetenentstehung über eine gewisse Brockengröße nicht hinaus.
Derzeit arbeiten die Astrophysiker mit verschiedenen Thesen zur Planetenentwicklung. Insgesamt scheint sich abzuzeichnen, dass Verwirbelungen in der Staubscheibe eine entscheidende Rolle spielen. Modellrechnungen ergeben, dass, während die Gas- und Staubscheibe um den Zentralstern rotiert, sich gelegentlich Spiralarme darin ausbilden, in denen das Material stärker zusammengepresst wird als anderswo. Diese wirken offenbar als eine Art Kondensationskeim für die Entwicklung größerer Strukturen.
Was Hartmann und Calvet nun entdeckten, ist allerdings in bestimmter Hinsicht ungewöhnlich: Ihre bisherigen Untersuchungen zeigten, dass die protoplanetaren Staubscheiben um junge Sterne innerhalb weniger Millionen Jahre verschwinden, indem sie sich zu Planeten verdichten. Die ältesten Staubscheiben, die man bislang fand, sind passenderweise um die zehn Millionen Jahre alt. Die nun entdeckte Scheibe – sie umgibt einen Doppelstern im Stephenson-34-System, 350 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Stier – hat aber gleich 25 Millionen Jahre auf dem Buckel. Fragt sich, wie sie eine derart lange Zeit überdauern konnte.
Eine Möglichkeit besteht darin, dass das Wechselspiel der sich überlagernden Schwerkraftwirkungen der beiden Zentralsterne die Planetenentstehung verhindert. Viele Astrophysiker vertreten nämlich die Ansicht, dass die Bildung von Planeten in Mehrfach-Sternsystemen erschwert ist, weil die wechselnden Gravitationsverhältnisse den Verdichtungsprozess in der Staubscheibe stören, beziehungsweise die Bahnen von entstehenden Planeten destabilisieren. Allerdings wurden bereits mehrere Exoplaneten gefunden, die um Doppelsterne kreisen. Kürzlich gelang es dem Planetenforscher Maciej Konacki vom California Institute of Technology sogar, einen Exoplaneten in einem Dreifach-Sternsystem nachzuweisen. Solche überraschenden Befunde machen immer wieder deutlich, dass im Verständnis der Planetenbildung noch große Lücken klaffen.
Hartmann und Calvet haben verschiedene Vermutungen, wie sich die protoplanetare Staubscheibe im Stephenson-34-System künftig entwickeln könnte. "Wahrscheinlich wird sie sich niemals zu Planeten ausformen – dafür ist mittlerweile zu viel Zeit verstrichen, ohne dass etwas passierte", meint Hartmann. Calvet widerspricht; sie glaubt, dass sich dort noch Riesenplaneten bilden könnten – schließlich sei neben dem Staub genügend Gas vorhanden. Die beiden Forscher wollen in Zukunft nach noch älteren Staubscheiben um Zentralsterne suchen, um zu verstehen, warum manche protoplanetaren Staubscheiben so viel länger überleben als andere.
Protoplanetare Staubscheiben sind flache, ringförmige Wolken aus Gas und Staub, die sich um junge Sterne herum erstrecken. Die in ihnen enthaltenen Staubteilchen, die anfangs noch wie feiner Zigarettenrauch verteilt sind, lagern sich im Lauf der Zeit zu immer größeren Gebilden zusammen. Zunächst verklumpen einzelne von ihnen zu winzigen Flusen, die ihrerseits zu größeren Brocken verschmelzen. Diese wiederum lagern sich zu noch größeren Objekten zusammen, bis Planetenvorläufer und schließlich Planeten hervorgehen.
Soweit das Schema, wie man es sich grob vorstellt. Allerdings sind die Astrophysiker weit davon entfernt, den Prozess im Einzelnen zu verstehen. Zu vieles dabei ist unbekannt. Was passiert zum Beispiel, wenn sich aus dem Staub zentimetergroße Brocken gebildet haben? Müssten diese nicht, wenn sie in der wirbelnden Staubscheibe aufeinander prallen, wieder in ihre Einzelteile zerbersten? Tatsächlich kommen einige mathematische Simulationen der Planetenentstehung über eine gewisse Brockengröße nicht hinaus.
Derzeit arbeiten die Astrophysiker mit verschiedenen Thesen zur Planetenentwicklung. Insgesamt scheint sich abzuzeichnen, dass Verwirbelungen in der Staubscheibe eine entscheidende Rolle spielen. Modellrechnungen ergeben, dass, während die Gas- und Staubscheibe um den Zentralstern rotiert, sich gelegentlich Spiralarme darin ausbilden, in denen das Material stärker zusammengepresst wird als anderswo. Diese wirken offenbar als eine Art Kondensationskeim für die Entwicklung größerer Strukturen.
Was Hartmann und Calvet nun entdeckten, ist allerdings in bestimmter Hinsicht ungewöhnlich: Ihre bisherigen Untersuchungen zeigten, dass die protoplanetaren Staubscheiben um junge Sterne innerhalb weniger Millionen Jahre verschwinden, indem sie sich zu Planeten verdichten. Die ältesten Staubscheiben, die man bislang fand, sind passenderweise um die zehn Millionen Jahre alt. Die nun entdeckte Scheibe – sie umgibt einen Doppelstern im Stephenson-34-System, 350 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Stier – hat aber gleich 25 Millionen Jahre auf dem Buckel. Fragt sich, wie sie eine derart lange Zeit überdauern konnte.
Eine Möglichkeit besteht darin, dass das Wechselspiel der sich überlagernden Schwerkraftwirkungen der beiden Zentralsterne die Planetenentstehung verhindert. Viele Astrophysiker vertreten nämlich die Ansicht, dass die Bildung von Planeten in Mehrfach-Sternsystemen erschwert ist, weil die wechselnden Gravitationsverhältnisse den Verdichtungsprozess in der Staubscheibe stören, beziehungsweise die Bahnen von entstehenden Planeten destabilisieren. Allerdings wurden bereits mehrere Exoplaneten gefunden, die um Doppelsterne kreisen. Kürzlich gelang es dem Planetenforscher Maciej Konacki vom California Institute of Technology sogar, einen Exoplaneten in einem Dreifach-Sternsystem nachzuweisen. Solche überraschenden Befunde machen immer wieder deutlich, dass im Verständnis der Planetenbildung noch große Lücken klaffen.
Hartmann und Calvet haben verschiedene Vermutungen, wie sich die protoplanetare Staubscheibe im Stephenson-34-System künftig entwickeln könnte. "Wahrscheinlich wird sie sich niemals zu Planeten ausformen – dafür ist mittlerweile zu viel Zeit verstrichen, ohne dass etwas passierte", meint Hartmann. Calvet widerspricht; sie glaubt, dass sich dort noch Riesenplaneten bilden könnten – schließlich sei neben dem Staub genügend Gas vorhanden. Die beiden Forscher wollen in Zukunft nach noch älteren Staubscheiben um Zentralsterne suchen, um zu verstehen, warum manche protoplanetaren Staubscheiben so viel länger überleben als andere.
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