EXTRASOLARE PLANETEN
Verräterische Muster im Staubring
von Stefan Deiters
astronews.com
14. Oktober 2008

Amerikanische Astronomen haben mit Hilfe von umfangreichen Computersimulationen gezeigt, dass schon Planeten von der Größe des Mars für verräterische Spuren im Staub um eine Sonne sorgen. Diese Muster, so die Forscher, könnten mit den Teleskopen der nächsten Generation auch beobachtet und so vielleicht neue, eventuell bewohnbare Planeten um ferne Sterne aufgespürt werden.

Dichteverteilung des Staubs um einen sonnenähnlichen Stern in einem System mit einem Planeten von Erdmasse. Bereiche mit dem meisten Staub sind rot dargestellt, mit wenig Staub lila. Bild: ASA/Christopher Stark, GSFC [Großansicht]

"Bis wir terrestrische Planeten direkt abbilden können, wird vielleicht noch einige Zeit vergehen", meint Christopher Stark von der University of Maryland, der die Studie leitete. "Doch schon zuvor können wir die kunstvollen und schönen Ringe sehen, für die sie im interplanetaren Staub sorgen."

Stark hat zusammen mit seinem Kollegen Marc Kuchner vom Goddard Space Flight Center der NASA Computermodelle entwickelt, die verfolgen, wie 25.000 Staubteilchen um einen sonnenähnlichen Stern auf die Anwesenheit eines Planeten reagieren. Die Masse des Planeten reichte dabei von einem Objekt mit der Masse des Mars bis hin zur fünffachen Erdmasse. In 120 verschiedenen Simulationen auf einem Supercomputer variierten die Forscher die Größe der Staubteilchen, die Masse des Planeten und seine Entfernung vom Zentralstern.

"Unsere Modelle enthalten zehn Mal mehr Teilchen als frühere Simulationen", erläutert Kuchner. "Das erlaubt uns den Kontrast und die Formen der Ringstrukturen zu untersuchen." Mit Hilfe dieser Daten ermittelten die Wissenschaftler dann die Dichte, Helligkeit und resultierende Wärmeverteilung für jedes ihre Modelle. "Oft wird der viele Staub, den Planetensysteme - auch unser eigenes - enthalten, nicht wirklich zur Kenntnis genommen", so Stark. "Wir wollen nun diesen Staub für uns arbeiten lassen."

In unserem Sonnensystem befindet sich der überwiegende Teil des Staubs innerhalb der Bahn des Gasriesen Jupiter und stammt hauptsächlich von Kometen, die bei Annäherung an die Sonne zerfallen oder von Kollisionen von Asteroiden. Der Staub verrät sich gelegentlich nach Sonnenuntergang oder kurz vor Sonnenaufgang am Horizont als sogenanntes Zodiakallicht.

In den Computersimulationen von Stark und Kuchner wurde sowohl der Effekt der Massenanziehung eines Planeten als auch die Strahlung des Zentralsterns auf den Staub berücksichtigt. "Die Staubteilchen wandern nach Innen und werden dann zeitweise durch den Planeten in einer Resonanz eingefangen", erklärt Kuchner. Solche Resonanzen entstehen immer dann, wenn die Umlaufdauer eines Staubteilchen bestimmten Bruchteilen der des Planeten entspricht.

"Die Staubteilchen spiralen auf den Stern zu, werden in einer Resonanz gefangen, kommen wieder frei, werden in einer anderen Resonanz gefangen und so weiter", erläutert Kuchner. Was für ein Teilchen noch leicht zu berechnen sein mag, ist bei Tausenden von Teilchen dann allerdings eine Aufgabe für einen Supercomputer.

Die Modelle, die die Wissenschaftler jetzt in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal veröffentlichen, dürften somit Astronomen bei der Deutung von Beobachtungen von Staubscheiben um Sterne eine große Hilfe sein und vielleicht auch zur Entdeckung von erdähnlichen Planeten beitragen. Sie würden damit einen Nachteil von Staub wettmachen, auf den andere Astronomen hingewiesen haben: Der interplanetare Staub könnte nämlich auch dafür sorgen, dass die direkte Abbildung von Planeten von Erdgröße extrem schwierig wird.