09.10.2020

Sterne und Planeten wachsen gemeinsam

ALMA zeigt Ringe um einen noch wachsenden Protostern im System IRS 63.

Astronomen haben überzeugende Beweise dafür gefunden, dass Planeten anfangen sich zu bilden, während Babysterne noch wachsen. Das hoch­auflösende Bild, das mit dem Atacama Large Millimeter/Sub­millimeter Array ALMA aufgenommen wurde, zeigt eine junge protostellare Scheibe mit mehreren Lücken und Staubringen. Dieses neue Ergebnis zeigt das jüngste und detailreichste Bild von Staubringen, in denen wie in einer kosmischen Kinderstube Planeten entstehen und sich weiter entwickeln. Dazu hat ein inter­nationales Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Dominique Segura-Cox am Max-Planck-Institut für extra­terrestrische Physik den Protostern IRS 63 ins Visier genommen. Dieses System ist 470 Lichtjahre von der Erde entfernt und befindet sich tief in der dichten interstellaren Wolke L1709 im Sternbild Schlangenträger. Protosterne, die so jung sind wie IRS 63, sind in eine ausgedehnte und massereiche „Decke“ aus Gas und Staub eingehüllt. Aus diesem Reservoir an Materie speisen sich Protostern und Scheibe.

Abb.: ALMA-Bild der jungen Staubringe, in denen Planeten entstehen, um den...
Abb.: ALMA-Bild der jungen Staubringe, in denen Planeten entstehen, um den weniger als 500.000 Jahre alten Proto-Stern IRS 63. (Bild: D. Segura-Cox, MPE)

In Systemen, die älter als eine Million Jahre sind und in denen die Protosterne den größten Teil ihrer Masse bereits angesammelt haben, hat man bereits oft Staubringe entdeckt. IRS 63 ist anders: Mit weniger als 500.000 Jahren ist er weniger als halb so alt wie andere junge Sterne mit Staubringen, und der Protostern wird noch deutlich an Masse zunehmen. „Die Ringe in der Scheibe um IRS 63 sind sehr jung“, betont Segura-Cox. „Früher dachten wir, dass zuerst die Sterne erwachsen werden und dann quasi Mütter der Planeten sind, die erst später kommen. Aber jetzt sehen wir, dass Protosterne und Planeten von Kindes­beinen an gemeinsam wie Geschwister wachsen und sich entwickeln.“ 

Planeten müssen ab den frühesten Stadien ihrer Entstehung einige ernsthafte Hindernisse überwinden. Zuerst müssen sie aus winzigen Staub­teilchen wachsen, die kleiner sind als der Hausstaub hier auf der Erde. „Die Ringe in der Scheibe von IRS 63 sind riesige Staubhaufen, die sich zu Planeten zusammenfügen können“, sagt Anika Schmiedeke vom MPE. Doch selbst wenn sich ein Planeten­embryo aus Staub­klumpen gebildet hat, könnte der im Entstehen begriffene Planet wieder verschwinden, indem er auf einer Spiralbahn weiter zum Zentrum driftet und vom Proto­stern geschluckt wird. Wenn Planeten sich sehr früh und in großer Entfernung vom Protostern bilden, könnten sie diesen Prozess besser überleben.

Das Forscherteam fand heraus, dass die junge Scheibe von IRS 63 etwa 0,5 Jupitermassen an Staub enthält, die weiter als zwanzig Astro­nomische Einheiten (AU) von ihrem Zentrum entfernt sind in einer Entfernung ähnlich der Uranusbahn in unserem Sonnensystem. Dabei wurde die Gasmenge nicht mitgezählt, die bis zu einhundert Mal mehr Material liefern könnte. Um einen Planetenkern zu bilden, sind mindestens 0,03 Jupiter­massen an Feststoffen erforderlich, damit dieser Kern effizient Gas akkretieren und zu einem riesigen Gasplaneten heranwachsen kann. Jaime Pineda vom MPE fügt hinzu: „Diese Ergebnisse zeigen, dass wir uns auf die jüngsten Systeme konzen­trieren müssen, um die Entstehung von Planeten wirklich zu verstehen.“ Es gibt zum Beispiel immer mehr Hinweise darauf, dass sich Jupiter viel weiter draußen im Sonnensystem, jenseits der Neptunbahn, gebildet haben könnte und dann nach innen zu seinem jetzigen Standort gewandert ist. In ähnlicher Weise zeigt der Staub, der IRS 63 umgibt, dass es weit vom Protostern entfernt genügend Material in einem jungen System gibt, so dass die Chance besteht, dass sich in diesem System Planeten bilden, analog wie Jupiter vermutlich in unserem Sonnensystem entstanden ist.

„Die Größe der Scheibe ist unserem eigenen Sonnensystem sehr ähnlich“, erklärt Segura-Cox. „Sogar die Masse des Protosterns ist nur wenig geringer als die unserer Sonne. Die Untersuchung solch junger Scheiben um Protosterne, in denen Planeten entstehen, kann uns wichtige Erkenntnisse über unseren eigenen Ursprung liefern.“

MPE / JOL

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