Planetenentstehung bei Braunen Zwergen

Auch Braune Zwerge können ein Planetensystem besitzen. Dabei spielt die Größe des Zentralsterns kaum eine Rolle.

Auch in den Staubscheiben um junge Braune Zwerge laufen die ersten Prozesse der Planetenentstehung ab. Das zeigt die Auswertung von mit dem Spitzer Space Telescope gemessenen Infrarotspektren durch ein Team italienischer, amerikanischer und deutscher Forscher. Die Astronomen schließen daraus, dass auch Braune Zwerge Planetensysteme besitzen können und dass die Größe des Zentralsterns die Entstehung von Planeten kaum beeinflusst.

Die Entstehung von Planeten in den zirkumstellaren Staubscheiben um junge Sterne beginnt mit dem Wachstum winziger amorpher Staubkörnchen, die zunächst kleiner als ein Mikrometer sind. Je größer die Staubkörner werden, desto rascher sammeln sie sich in der Mittelebene der Staubscheibe an. Beobachtungen bei normalen jungen Sternen zeigen, dass es offenbar einen Zusammenhang zwischen der Größe der Staubkörner und der Bildung kristalliner Silikate gibt. Die Verdichtung in der Mittelebene und die Bildung kristalliner Silikate gelten als Voraussetzung für die Entstehung von Planetesimalen, den Bausteinen der späteren Planeten.

Abb.: Künstlerische Darstellung einer Staubscheibe um einen Braunen Zwerg. In der Scheibe haben sich bereits erste Planetesimale gebildet, aus denen später Planeten entstehen. (Quelle: Harvard CfA)

Braune Zwerge sind Objekte, deren Masse zu gering für die Zündung der Kernfusion von normalem Wasserstoff zu Helium ist. Lediglich Deuterium kann in Braunen Zwergen zu Helium fusionieren und sorgt eine kurze Zeit für Energie. Bislang war unklar, ob in den im Vergleich zu normalen Sternen massearmen Staubscheiben um junge Braune Zwerge auch Planeten entstehen können. Die Beobachtungsbefunde waren widersprüchlich: Einerseits schien es bei massearmen Sternen keine kristallinen Silikate zu geben, andererseits wurde in Einzelfällen bei Braunen Zwergen ein Wachstum von Staubkörnen beobachtet und auch kristalline Silikate aufgespürt.

Dániel Apai vom Nasa Astrobiologie Institute und seine Kollegen haben nun versucht, diese Frage zu beantworten. Sie beobachteten mit dem Spitzer Space Telescope die Infrarot-Spektren der Staubscheiben um sechs Braune Zwerge. Fünf der Scheiben zeigen, so schreiben die Forscher in ihrer in Science Express, der Online-Ausgabe des Magazins Science, veröffentlichten Arbeit, ein deutliches Wachstum der Staubkörner. Rund 40 Prozent der Masse liegt zudem bereits in Form kristalliner Silikate vor. Alle Scheiben mit solchem weit entwickelten Staub sind zudem stark zu ihrer Mittelebene hin konzentriert. In diesen Staubscheiben laufen also offenbar die ersten Schritte zur Planetenentstehung ab.

Das Wachstum der Staubkörner, die Kristallisation und das Absetzen des Staubs zur Mittelebene der Scheibe scheint also bei Braunen Zwergen ganz ähnlich zu verlaufen wie bei Sternen mittlerer Masse. Apai und seine Kollegen gehen deshalb davon aus, dass „der Zentralstern keine wichtige Rolle bei den nächsten Schritten der Planetenentstehung nach dem Wachstum der Staubkörner spielt: Körner größer als 100 Mikrometer und Planetesimale entstehen ganz unabhängig von dem zentralen Objekt.“

Die Planetenentstehung ist demnach, so die Forscher weiter, ein äußerst robuster Prozess, der bei Sternen und substellaren Objekten gleichermaßen abläuft. Aus der Staubscheibe eines Braunen Zwergs könnten durchaus Neptun-große Planeten entstehen, spekulieren Apai und seine Kollegen. Im Bereich der inneren Scheibe sollte zudem genügend Materie zur Bildung terrestrischer Planeten vorhanden sein. Die Astronomen empfehlen deshalb die nahe gelegenen Braunen Zwerge als besonders geeignete Objekte zur Suche nach erdähnlichen Planeten.

Rainer Kayser

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  D. Apai, I. Pascucci, The Onset Of Planet Formation In Brown Dwarf Disks, Sciencexpress 10.1126/science.1118042 (2005).
  http://dx.doi.org/10.1126/science.1118042 
• Spitzer Space Telescope:
  http://www.spitzer.caltech.edu

Weitere Literatur:

• J. Lissauer, Planet formation, Ann. Rev. Astr. & Astroph. 31, 129 (1993). 
• Th. Henning, C. P. Dullemond, S. Wolf, C. Dominik, in: Planet Formation. Theory, Observation and Experiments, Eds. H. Klahr, W. Brandner, Cambridge University Press (2006) im Druck. 
• R. van Boekel et al., A 10 μm spectroscopic survey of Herbig Ae star disks: Grain growth and crystallization, Astron. & Astroph. 437, 189 (2005). 
• E. Furlan et al., Spitzer IRS Spectra of Young Stars Near the Hydrogen-burning Mass Limit, Astrophys. J. 621, L129 (2005).