14.06.2018

Planeten-Trio um neugeborenen Stern

Astronomen entdecken drei Störungen in der gasgefüllten Scheibe um den jungen Stern HD 16329.

Zwei unab­hängige Astronomen­teams haben mit dem ALMA-Teleskop über­zeugende Belege dafür gefunden, dass sich drei junge Planeten im Orbit um den Säuglings­stern HD 163296 befinden. Mit einer neuartigen Technik zur Planeten­entdeckung identi­fizierten die Astronomen drei Störungen in der gasge­füllten Scheibe um den jungen Stern: der bisher stärkste Hinweis darauf, dass sich dort neu gebildete Planeten auf ihren Umlauf­bahnen bewegen. Es wären die ersten Planeten, die mit ALMA entdeckt wurden.

Abb.: Scheibe aus rotierendem Restmaterial um den jungen Stern HD 163296. Die drei Lücken zwischen den Ringen sind wahrscheinlich auf eine Ausdünnung von Staub und Gas zurückzuführen. Die Ausdünnung deuten auf die Anwesenheit von gerade entstehenden Planeten hin, die jeweils etwa die Masse des Saturn besitzen. (Bild: ESO, ALMA / NAOJ / NRAO / A. Isella & B. Saxton, NRAO / AUI / NSF)

Das Atacama Large Milli­meter/Submilli­meter Array ALMA hat unser Verständnis von proto­planetaren Scheiben – den gas- und staub­gefüllten Planeten­fabriken, die junge Sterne umgeben – verändert. Die Ringe und Lücken in diesen Scheiben liefern faszi­nierende Indizien für das Vorhan­densein von Proto­planeten. Aber auch andere Phänomene könnten für diese verlockenden Eigen­schaften verant­wortlich sein. Aber jetzt nutzten die zwei Astronomen­teams eine neuartige Planeten­suchtechnik, die unge­wöhnliche Muster im Gasfluss innerhalb einer planeten­bildenden Scheibe um junge Sterne herum identi­fiziert, jeweils eindeutige, verrä­terische Merkmale von neu gebildeten Planeten bestätigen können, die einen neuge­borenen Stern umkreisen.

„Die Messung des Gasflusses innerhalb einer proto­planetaren Scheibe gibt uns viel mehr Sicherheit, dass Planeten um einen jungen Stern herum vorhanden sind“, erklärt Christophe Pinte von der Monash Univer­sity in Australien und dem Institut de Plané­tologie et d'Astro­physique der Univer­sité de Grenoble-Alpes/CNRS in Frankreich. „Diese Technik bietet eine vielver­sprechende neue Richtung, um zu verstehen, wie Planeten­systeme entstehen.“ Für ihre jeweiligen Entdeckungen analysierten beide Teams ALMA-Beobach­tungen von HD 163296, einem jungen Stern etwa 330 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Schütze. Dieser Stern hat etwa die doppelte Masse der Sonne, ist aber nur vier Millionen Jahre alt.

„Wir haben die lokale, klein­skalige Bewegung des Gases in der proto­planetaren Scheibe des Sterns betrachtet. Dieser völlig neue Ansatz könnte einige der jüngsten Planeten in unserer Galaxie sichtbar machen, alles dank der hochauf­lösenden Bilder von ALMA“, erläutert Richard Teague, Astronom an der Univer­sity of Michigan. Anstatt sich auf den Staub in der Scheibe zu konzen­trieren, der in früheren ALMA-Beobach­tungen klar abgebildet wurde, unter­suchten die Astronomen statt­dessen Kohlen­monoxidgas, das sich über die Scheibe ausbreitet. CO-Moleküle emittieren charak­teristische Strahlung bei Millimeter­wellenlängen, die ALMA sehr genau beobachten kann. Subtile Verän­derungen der Wellen­länge dieses Lichts durch den Doppler­effekt zeigen die Bewegungen des Gases in der Scheibe.

Abb.: Dieses Bild zeigt einen Teil des ALMA-Datensatzes bei einer ganz bestimmten Wellenlänge, bei der ein Knick sichtbar wird, der eindeutig auf das Vorhandensein eines der Planeten hinweist. (Bild: ALMA, ESO / NAOJ / NRAO / Pinte et al.)

Das Team um Teague identi­fizierte zwei Planeten, die etwa zwölf Milliarden und 21 Milliarden Kilometer vom Stern entfernt liegen. Das andere Team, angeführt von Pinte, identi­fizierte einen Planeten etwa 39 Milliarden Kilometer vom Stern entfernt. Die beiden Teams verwen­deten Variationen der gleichen Technik, die nach Anomalien im Gasstrom sucht – wie die wechselnden Wellen­längen der CO-Emission zeigen – die darauf hindeuten, dass das Gas mit einem masse­reichen Objekt interagiert. Die von Teague verwendete Technik, die durch­schnittliche Schwankungen im Gasfluss von nur wenigen Prozent ergab, zeigt den Einfluss mehrerer Planeten auf die Gasbe­wegungen näher am Stern. Die von Pinte verwendete Technik, die den Durchfluss des Gases direkter misst, ist besser geeignet, den äußeren Teil der Scheibe zu unter­suchen. Dies erlaubte den Astro­nomen, den dritten Planeten genauer zu lokalisieren, lässt sich aber auf Ab­weichungen in der Strömung anwenden, die größer als etwa zehn Prozent sind.

In beiden Fällen identi­fizierten die Forscher Bereiche, in denen die Strömung des Gases nicht zu seiner Umgebung passt – ein wenig wie Wirbel um einen Felsen in einem Fluss. Indem sie diese Bewegung sorgfältig analy­sierten, konnten sie deutlich den Einfluss von plane­taren Körpern erkennen, die in ihrer Masse dem Jupiter ähneln. Die neue Technik erlaubt es den Astronomen, die Proto­planeten­massen genauer abzu­schätzen und liefert mit geringerer Wahrschein­lichkeit falsch positive Resultate. „Wir bringen ALMA jetzt in den Bereich der Planeten­erkennung“, kommentiert Ted Bergin von der University of Michigan. Beide Teams werden ihre Methoden weiter ver­feinern und auf andere Scheiben anwenden, um besser zu verstehen, wie Atmo­sphären entstehen und welche Elemente und Moleküle einem Planeten bei seiner Geburt zugeführt werden.

ESO / JOL

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