Zwei Planetensysteme bei der Geburt beobachtet

20. Februar 2011, 18:26
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Neue Beobachtungen lieferten die bislang genaueste Bilder von den protoplanetaren Scheiben zweier junger Sterne

Astronomen haben mit Hilfe des SUBARU-Teleskops auf Hawaii die bislang detailliertesten Einblicke in die Geburt von Planetensysteme erhalten. Erstmals wurden dabei Strukturen von ungefähr der gleichen Größe wie unser eigenes Sonnensystem sichtbar: Ringe und Aussparungen in der Scheibe, die mit der Entstehung von Riesenplaneten zusammenhängen. Die Beobachtungen sind Teil einer systematischen Durchmusterung mit dem Instrument HiCIAO, einer Hochkontrast-Kamera, die auf die Suche nach Exoplaneten und protoplanetaren Scheiben spezialisiert ist.

Planetensysteme wie unser Sonnensystem sind Nebenprodukte der Sternentstehung. Sie bilden sich wenn die Gravitationskraft des neugeborenen Sterns Gas und Staub aus der näheren Umgebung zu einer dichten, abgeplatteten Scheibe sammelt, die den Stern umgibt. Materieklumpen in dieser Scheibe ziehen mehr und mehr Gas und Staub an sich und werden so über Jahrmillionen zu den Objekten, die wir Planeten nennen.

In den vergangenen Jahren hat die Erforschung solcher "protoplanetarer Scheiben" beachtliche Fortschritte erzielt - zum einen bei - meist indirekten - Beobachtungen, zum anderen beim theoretischen Verständnis und bei der Simulation solcher Objekte. Nun haben zwei neue Beobachtungen dem Gesamtbild wichtige neue Details hinzugefügt und Bilder von Strukturen geliefert, die noch nie zuvor direkt abgebildet worden waren.

Lücken in der protoplanetaren Scheibe

Zielobjekt der ersten Studie war der Stern LkCa 15, der rund 450 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Stier gelegen ist. Mit einem Alter von nur wenigen Millionen Jahren ist LKCa 15 ein sehr junger Stern. Zum Vergleich: Unsere Sonne ist rund eintausend Mal so alt. Aus vorangehenden Beobachtungen des Infrarotspektrums des Systems, sowie der Millimeterstrahlung, die es aussendet, hatten Wissenschaftler erschlossen, dass es im Zentrum der protoplanetaren Scheibe eine große, weitgehend materiefreie Aussparung gibt. Die neuen Bilder zeigen Sternenlicht, das an der Scheibenoberfläche so reflektiert wird, dass die scharfe Kante dieser Aussparung erstmals direkt sichtbar wird. Interessanterweise ist die elliptische Form der Aussparung nicht um den Stern herum zentriert, sondern etwas verschoben.

"Die wahrscheinlichste Erklärung für die Aussparung in der Scheibe von LkCA 15 - und insbesondere für deren Asymmetrie - ist, dass dort mehrere Planeten kreisen, die gerade erst aus dem Scheibenmaterial entstanden sind und nun das Gas und den Staub entlang ihrer Umlaufbahnen einfangen", sagt Christian Thalmann, der die Untersuchungen leitete. Die Aussparung ist dabei so groß, dass die Umlaufbahnen aller Planeten in unserem eigenen Sonnensystem bequem darin Platz fänden. Da liegt die Spekulation nahe, dass sich bei LkCa 15 in dieser Lücke ein unserem eigenen Sonnensystem vergleichbares Planetensystem bildet. "Die Planeten selbst wurden noch nicht nachgewiesen", so Thalmann. "Aber das könnte sich bald ändern."

Ineinander verschachtelte Ringe

Die zweite Studie unter der Leitung von Jun Hashimoto vom Nationalobservatorium Japan widmete sich dem Stern AB Aur im Sternbild Fuhrmann, 470 Lichtjahre von der Erde entfernt. Dieser Stern ist sogar noch jünger: nur rund eine Million Jahre alt. Die neuen Beobachtungen zeigten hier erstmals Strukturen, die im kosmischen Maßstab vergleichsweise klein sind, nämlich nicht größer als unser eigenes Sonnensystems (zum Vergleich: bei einem Abstand von 470 Lichtjahren hat unser Sonnensystem die gleiche scheinbare Größe wie ein Ein-Euro-Stück, das man aus mehr als 10 km Entfernung betrachtet). Die Beobachtungen zeigen ineinander verschachtelte Ringe aus Gas und Staub, die gegenüber der Äquatorebene des Systems verkippt sind und deren Material wiederum nicht symmetrisch um den Stern herum angeordnet ist - beide Eigenschaften deuten auf das Vorhandensein mindestens eines sehr massereichen Planeten hin.

Die Beobachtungen wurden jeweils mit dem HiCIAO-Instrument am 8,2-Meter SUBARU-Teleskop gemacht. Scheiben und Planeten in der direkten Umgebung von Sternen stellen an die Beobachtungstechnik höchste Ansprüche, da diese lichtschwachen Objekte von den Sternen schlicht überstrahlt werden. HiCIAO gelingen solche Beobachtungen, indem das Instrument zum einen den störenden Einfluss der Erdatmosphäre weitgehend ausgleicht, zum anderen einen Großteil des Sternenlichts mechanisch ausblendet. (red)

 

  • Die protoplanetare Scheibe des jungen Sterns LkCa 15. Ein Teil der Scheibe (weiss) wird vom Stern (Mitte, dunkelrot maskiert) beleuchtet und so sichtbar gemacht. Deutlich zu erkennen ist die scharf definierte Innenkante der Scheibe, wo der Leerraum in ihrer Mitte anfängt. Die Aussparung ist unsymmetrisch - sie ist links deutlich größer als rechts - und dürfte auf einen oder mehrere neugeborene Planeten zurückgehen, die dort um den Stern umlaufen.
    foto: mpia (c. thalmann) & naoj

    Die protoplanetare Scheibe des jungen Sterns LkCa 15. Ein Teil der Scheibe (weiss) wird vom Stern (Mitte, dunkelrot maskiert) beleuchtet und so sichtbar gemacht. Deutlich zu erkennen ist die scharf definierte Innenkante der Scheibe, wo der Leerraum in ihrer Mitte anfängt. Die Aussparung ist unsymmetrisch - sie ist links deutlich größer als rechts - und dürfte auf einen oder mehrere neugeborene Planeten zurückgehen, die dort um den Stern umlaufen.

  • Schematische Darstellung der dreidimensionalen Struktur der protoplanetaren Scheibe um LkCa 15. Die große innere Aussparung dürfte durch einen oder mehrere Planeten erzeugt worden sein, die den Stern umkreisen.
    foto: mpia/c. thalmann

    Schematische Darstellung der dreidimensionalen Struktur der protoplanetaren Scheibe um LkCa 15. Die große innere Aussparung dürfte durch einen oder mehrere Planeten erzeugt worden sein, die den Stern umkreisen.

  • Aktuelle und frühere Aufnahmen von AB Aur im Vergleich. Auf den neuen Aufnahmen ist der innere Bereich erstmals und sehr detailreich sichtbar. Das Bild zeigt zwei Ringe aus Materie, deren Mittelpunkte allerdings nicht mit dem Ort des Sterns zusammenfallen. Dies und die weiteren Unregelmäßigkeiten der Ringe zeigen die Anwesenheit eines massereichen Riesenplaneten an, der die zwischen den Ringen befindliche Materie auf sich zieht.
    foto: naoj/j. hashimoto

    Aktuelle und frühere Aufnahmen von AB Aur im Vergleich. Auf den neuen Aufnahmen ist der innere Bereich erstmals und sehr detailreich sichtbar. Das Bild zeigt zwei Ringe aus Materie, deren Mittelpunkte allerdings nicht mit dem Ort des Sterns zusammenfallen. Dies und die weiteren Unregelmäßigkeiten der Ringe zeigen die Anwesenheit eines massereichen Riesenplaneten an, der die zwischen den Ringen befindliche Materie auf sich zieht.

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