Zwei Kometenfamilien bei Beta Pictoris
400-plus: Bislang größte Zählung von Exokometen um nahen Stern.
Ein französisches Astronomenteam hat mit dem HARPS-Instrument am La Silla-Observatorium der ESO in Chile die bislang umfangreichste Zählung von Kometen um einen Stern durchgeführt und dabei fast fünfhundert einzelne Kometen untersucht, die den Stern Beta Pictoris umkreisen. Es stellte sich heraus, dass sie zwei unterschiedlichen Familien von Exokometen angehören: alten Exokometen, die den Stern viele Male nahe passiert haben, und jüngere Exokometen, die vermutlich vom kürzlichen Zerfall eines oder mehrere größerer Objekte stammen.
Abb.: Dieses obige Komposit zeigt das reflektierte Licht auf der Staubscheibe im äußeren Teil, wie es 1996 mit dem Adonis-Instrument am 3,6-Meter-Teleskop der ESO beobachtet wurde. Im inneren Teil sind die Aufnahmen des Planeten zu sehen, die 2003 und im Herbst 2009 angefertigt wurden. Er hat die kleinste Umlaufbahn von allen bis jetzt direkt beobachteten Exoplaneten, die so nahe an seinem Heimatstern liegt wie die Bahn des Saturns um die Sonne. (Bild: ESO, A.-M. Lagrange)
Beta Pictoris ist ein junger Stern, der sich ungefähr 63 Lichtjahre von der Sonne entfernt befindet. Er ist nur zwanzig Millionen Jahre alt und deshalb noch von einer riesigen Materiescheibe umgeben – ein sehr aktives, junges Planetensystem, in dem Gas und Staub durch Verdampfen von Kometen und Kollisionen von Asteroiden entstehen. Flavien Kiefer vom Institut d’astrophysique de Paris beschreibt die Situation folgendermaßen: „Beta Pictoris ist ein sehr spannendes Beobachtungsziel! Die genaue Beobachtung seiner Exokometen gibt uns Hinweise darauf, welche Prozesse in dieser Art von jungen Planetensystemen auftreten.”
Fast dreißig Jahre lang haben Astronomen feine Änderungen im Licht von β Pic gesehen, von denen sie glaubten, Vorbeiflüge von Kometen vor dem Stern hätten sie verursacht. Denn die dabei entstehenden riesigen Schweife aus Gas und Staub können einen Teil des Sternlichts absorbieren, das dann von der Erde aus gesehen durch sie hindurchscheint. Das schwache Leuchten der Exokometen selbst wird vom gleißend hellen Licht des Sterns überstrahlt, weshalb sie von der Erde aus nicht direkt beobachtet werden können.
Um die Exokometen von β Pic zu studieren, hat das Astronomenteam um Kiefer mehr als tausend Beobachtungen analysiert, die von 2003 bis 2011 mit dem HARPS-Instrument am 3,6-Meter-Teleskop der ESO am La Silla-Observatorium durchgeführt wurden. Die Forscher trafen dann eine Auswahl, die 493 verschiedene Exokometen enthielt. Einige davon wurden mehrere Male und einige Stunden lang beobachtet. Eine gründliche Auswertung der Daten lieferte eine Messung der Geschwindigkeit und der Größe der Gaswolken, die sie umgeben. Einige Eigenschaften der Umlaufbahnen jeder dieser Exokometen, wie die Form und die Orientierung der Umlaufbahn oder die Entfernung zu ihrem Stern, konnten ebenfalls abgeleitet werden.
Noch nie zuvor wurden mehrere hundert Exokometen in einem einzigen Exoplanetensystem untersucht. Wie sich herausstellte, gibt es um β Pic zwei unterschiedlichen Familien von Exokometen: eine Gruppe von alten Exokometen, deren Umlaufbahnen von einem massereichen Planeten bestimmt werden, und eine weitere Gruppe, die sich vermutlich durch den kürzlichen Zerfall eines oder mehrere größerer Objekte gebildet hat. Auch in unserem Sonnensystem gibt es unterschiedliche Kometenfamilien.
Die Exokometen der ersten Familie besitzen eine große Vielfalt an Umlaufbahnen und zeigen eher schwache Aktivität mit niedrigen Produktionsraten von Gas und Staub. Dies deutet darauf hin, dass diese Kometen ihre Vorräte an gefrorenem Material durch ihre mehrmaligen nahen Vorbeiflüge an β Pic bereits verbraucht haben.
Die Exokometen der zweiten Familie sind viel aktiver und befinden sich außerdem auf nahezu identischen Umlaufbahnen, was auf den selben Ursprung der Mitglieder dieser Familie hinweist. Vermutlich entstanden sie durch den Zerfall eines größeren Objekts, dessen Fragmente sich auf einer Umlaufbahn befinden, die den Stern streift.
Kiefer fasst zusammen: „Wir haben zum ersten Mal überhaupt mit einer eine statistischen Untersuchung die physikalischen Prozesse und die Umlaufbahnen einer großen Zahl von Exokometen bestimmt. Diese Arbeit liefert einen bemerkenswerten Einblick in die Mechanismen, die in unserem Sonnensystem kurz nach seiner Entstehung vor 4,5 Milliarden Jahren am Werk waren.”
ESON / OD
