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Kosmologie: Himmlischer Sandkasten mit Förmchen

Der neueste Lieblings-Star der Planetenjäger sollte sich vielleicht mal einen Künstlernamen zulegen - derzeit heißt er dröge "HD 142527". Trotz seiner Jugend wird er jedenfalls bald wohl von massiveren Kalibern umschwärmt. Das Zeug dazu umkreist ihn.
Von der Erde aus ist der Entstehungsprozess eines Planeten nicht gerade himmlisch einfach zu beobachten. Unsere eigene Planetenbaustelle im Sonnensystem ist schließlich längst geschlossen, und alles von Merkur bis Pluto fix und fertig gestellt. Dabei war damals allerdings keiner, und so streiten sich die Fachleute schon ein wenig darüber, wie, wo und wann genau die Planeten um unsere Sonne entstanden sind.

Der Theorie nach braucht das Formen seine Zeit: In der protoplanetaren Scheibe – der üblicherweise recht üppigen Gas- und Staubwolke, die um einen jungen Stern kreist – müssen sich erst Klümpchen bilden, die dann mit wachsender eigener Schwerkraft Material anreichern, bis sie zu veritablen Brocken und schließlich planetengroßen Trümmern heranwachsen. Dabei beginnt alles mit dem richtigen Material: Kristallinen, rund ein Hundertstel Millimeter großen Silikaten. Diese bilden sich wiederum aus jenen kleineren, unregelmäßig amorph aufgebauten Ur-Staubpartikeln, die bereits vor der Geburt der Sterne großflächig in interstellaren Wolken verteilt waren.

Damit die kleineren, amorphen zu den größeren, kristallinen Partikeln verklumpen können, ist allerdings Hitze notwendig – klar also, dass die Menge der für die Planetenbildung unabdingbaren Silikatkristalle nahe eines wärmenden Zentralsternes größer sein sollte als weiter draußen im Raum. Dort, entfernt von der Wärme des Gestirns, sind aus verbackenen Silikatkristallen zusammengeklumpte, feste Planeten im fertigen Sonnensystem demnach seltener als in Sonnenähe. Draußen herrschen die großen Gasriesen.

In unserem Sonnensystem passt die Theorie schön zur Praxis. Leider ist aber unser Sonnensystem auch das einzige Exemplar, an dem die Gültigkeit der Theorie auch überprüft werden kann – sie steht demnach streng genommen auf recht tönernen Füßen. Bis jetzt.

Nun nämlich kombinierten Roy van Boekel von der Universität Amsterdam und ein Team internationaler Wissenschaftler, etwa vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie, zwei einhundert Meter entfernt voneinander stationierte 8,2-Meter-Teleskope der Europäischen Südsternwarte in Chile und blickten in Tiefen des Alls, die noch nie ein Mensch zuvor so genau unter die Lupe genommen hatte. Ihr Untersuchungsobjekt: der extrem jugendliche Stern HD 142527 und die ihn umgebende protoplanetare Staub- und Gaswolke.

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Wellenlängenspektren von Protoplanetaren Scheiben | In den zirkumstellaren Scheiben (Schematisch orange dargestellt) der jungen Sterne HD 163296, HD 144432 und HD 142527 konnte die Infrarot-Wellenlängenspektren zentrumsnah und weiter entfernt von den Sternen gemessen werden. Bei allen drei Sternen übereinstimmend zeigen sich dabei deutlich Unterschiede zwischen dem außen und innen. Peaks bei einer Wellenlänge von 11,3 Mikrometern deuten auf Silikatkristalle hin – sie finden sich besonders nahe bei HD 142527, der damit ein guterKandidat für die Entstehung erdähnlicher Planeten zu sein scheint.
Mit der kombinierten optischen Leistung gelang es den Wissenschaftlern, die Infrarotstrahlung nahe des Sternen-Säuglings zu messen – wobei "nahe" hier die Entfernung von weniger als einer Astronomischen Einheit meint, dem Abstand von Sonne zu Erde. Aus den so gemessenen Daten konnten sie die Zusammensetzung der sternnahen Bereiche der protoplanetare Scheibe bestimmen und mit jener in weiterer Entfernung vom Zentralgestirn vergleichen. Das Resultat: Nahe bei HD 142527 findet sich tatsächlich bereits recht viel kristalline Silikatmasse, weiter draußen überwiegt dagegen eindeutig der übliche amorphe Staub aus kleinen Partikeln. Offensichtlich sind bei HD 142527 bereits die ersten Schritte einer geradezu modellhaften Bildung erdähnlicher Planeten eingeleitet.

Junge Sterne haben also schon das Baumaterial für feste Planeten. Schön, eine Theorie zu bestätigen: Die Entstehung erdähnlicher Planeten um HD 142527 sei, so wie die Sache steht, "geradezu unausweichlich!", begeistert sich etwa das Teammitglied Rens Waters.

Ein wenig Geduld ist allerdings schon noch nötig – Planeten wie die Erde, nun rund 4,5 Milliarden Jahre, brauchen schon mindestens 30 Millionen Jahre bis sie sich aus dem kristallinen Staub früher Sonnensysteme erhoben haben. Indes hoffen die Forscher, mit ihren Daten einen anderen astronomischen Streitfall ad acta legen zu können: Das Mysterium der Kometen-Zusammensetzung in unserem – und wohl auch anderen – Planetensystemen. Kometen bestehen, soviel ist sicher, fast völlig aus den auch bei der Entstehung der inneren Planeten entscheidenden kristallinen Silikaten. Zugleich aber bildeten sie sich – ebenso sicher – in den dunklen kalten Tiefen, weit entfernt von der Wärmestrahlung, die zur Entstehung der Silikatkristalle nötig ist.

Entstehen die Silikatkristall-Bausteine der Kometen auch dort draußen? Vielleicht – sehr langsam – mit Hilfe der Energie von Kollisions-Schockwellen, Blitzen oder kosmischer Strahlung? Wohl eher sind interne Turbulenzen in der protoplanetaren Scheibejunger Sterne verantwortlich, meinen die Astronomen aus ihren Daten von der Südsternwarte ablesen zu können. Solche Turbulenzen könnten wohl durchaus genug Kristallstaub vom geheizten Zentrum in entfernte Regionen transportieren, wo sie sich dann zu Kometen zusammenfinden. Rauscht ein Komet also nahe an Sonne und Erde vorbei, so bringt er nur wieder zum Zentrum des Sonnensystems, was er vor Jahrmillionen von dort bekommen hatte.
26.11.2004

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 26.11.2004

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