Einzigartige Einblicke in Geburtsstätten von Planeten

Bislang unbekannte, für die Forschung spektakuläre Strukturen in Staub- und Gasgürteln junger Sterne geben vollkommen neue Einblicke in die Geburtsstätten von Planeten: Entdeckt wurden sie von einem internationalen Astronomenteam unter maßgeblicher Mitwirkung von Heidelberger Wissenschaftlern, das 20 dieser sogenannten protoplanetaren Scheiben im Zuge einer mehrmonatigen Beobachtungskampagne untersucht hat. Zum Einsatz kam dabei ein Teleskopverbund, das Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA). „Unsere Beobachtungen deuten darauf hin, dass Planeten viel schneller entstehen können als bislang angenommen“, betont Prof. Dr. Cornelis Dullemond vom Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH), der einer der Leiter der Kampagne ist.

Über die Entstehung von Planeten und die damit verbundenen physikalischen Mechanismen ist bislang wenig bekannt. Bisherige Modelle besagen, dass Planeten über Millionen von Jahren durch die allmähliche Verdichtung von Staub und Gas in einer protoplanetaren Scheibe geboren werden – beginnend mit Staubkörnern, die sich zu immer größeren Gesteinsbrocken zusammenfügen. Im Rahmen der aktuellen Beobachtungskampagne des „Disk Substructures at High Angular Resolution Project“ (DSHARP) haben die Astronomen Staubpartikel untersucht, die auf natürliche Weise im Millimeterwellenlicht leuchten. Auf diese Weise konnte mithilfe von ALMA und seiner extrem scharfen Bilder die Dichteverteilung der kleinen, festen Partikel um junge Sterne präzise abgebildet werden.

Die überzeugendste Interpretation dieser Beobachtungen ist nach Angaben der beteiligten Forscher, dass sich große Planeten wie zum Beispiel Neptun oder Saturn viel schneller gebildet haben, als es die gegenwärtige Theorie voraussagt. Solche Planeten neigen offensichtlich auch dazu, sich in enormen Entfernungen von ihren Wirtssternen zu entwickeln. „Wir sehen klar definierte Details bei jungen Sternen unterschiedlicher Massen, einschließlich markanter Ringe und Lücken, die in ganz verschiedenen Abständen von ihren Wirtssternen vorkommen. Sie sind offenbar ein Hinweis auf die Anwesenheit von Planeten“, erläutert Prof. Dullemond.

Mithilfe der jüngsten Beobachtungen kann man möglicherweise auch erklären, wie sich erdähnliche Planeten bilden und wachsen können. So rätseln Astronomen seit Jahrzehnten über eine Unstimmigkeit in der Theorie der Planetenentstehung: „Wenn staubige Körper etwa die Größe von Murmeln erreichen, würde die Dynamik einer strukturlosen glatten protoplanetaren Scheibe dazu führen, dass diese irgendwann auf ihren Wirtsstern fallen und niemals die für Planeten erforderlichen Masse erreichen können“, betont Cornelis Dullemond. Die ALMA-Bilder deuten jedoch darauf hin, dass diese „Murmeln“ in Ringen eingeschlossen sind. „Jeder dieser Ringe enthält viele Dutzend Erdmassen im Form dieses staubigen Materials. Sie sind die idealen Orte, an denen sich neue Planeten bilden können“, so der Heidelberger Astronom. „Die dichten Staubringe schaffen somit einen sicheren Hafen, in dem felsige Welten vollständig reifen können“.