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HERSCHEL
Planetenentstehung noch später als gedacht?
von Stefan Deiters
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31. Januar 2013

Astronomen haben mithilfe des ESA-Infrarotweltraumteleskops Herschel eine überraschende Entdeckung um den Stern TW Hydrae gemacht: In der protoplanetaren Scheibe um den Stern befindet sich noch genug Material für 50 jupiterähnliche Planeten - und dies, obwohl solche Gasriesen in dem System eigentlich schon entstanden sein sollten.

TW Hydrae

Künstlerische Darstellung der Gas- und Staubscheibe um den jungen Stern TW Hydrae. Bild: Axel M. Quetz (MPIA)

Der Stern TW Hydrae liegt 176 Lichtjahre entfernt im Sternbild Wasserschlange und ist mit rund zehn Millionen Jahren ein noch relativ junger Stern. Ihn umgibt eine Scheibe aus Gas und Staub, in der sich vermutlich bereits Planeten gebildet haben und die in den vergangenen Jahren wiederholt von Astronomen untersucht wurde (astronews.com berichtete). Trotz seiner Jugend sollte TW Hydrae allerdings bereits die Phase seiner Entwicklung hinter sich gelassen haben, in der Gasriesen entstehen - so sagen es zumindest die aktuellen Theorien voraus.

"Wir haben nicht erwartet, dass es um diesen Stern noch viel Gas gibt", erzählt Edwin Bergin von der University of Michigan in Ann Arbor, der Leiter der jetzt in der Fachzeitschrift Nature vorgestellten Untersuchung. "Normalerweise haben sich Sterne in diesem Alter bereits von dem Material in ihrer Umgebung befreit, doch um diesen Stern gibt es noch ausreichend Masse, um daraus das Äquivalent von 50 Jupitern entstehen zu lassen." Für ihre Studie haben die Astronomen ein neues Verfahren angewandt, das eine präzisere Bestimmung der Gasmenge um einen Stern erlaubt, die für die Planetenbildung zur Verfügung steht.

Planeten entstehen aus dem Material, das sich um einen neugeborenen Stern in einer flachen Scheibe ansammelt. Bei diesem Material handelt es sich praktisch um den Rest, der nicht für die Bildung des Sterns benötigt wurde. Die Masse der Scheibe hat entscheidenden Einfluss darauf, ob und wie viele Planeten um den jungen Stern entstehen können. Im Falle von TW Hydrae war diese Masse bislang nicht genau bekannt.

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"Zuvor konnten wir nur indirekt auf die Gasmenge in protoplanetaren Scheiben schließen", erklärt Paul Goldsmith, der NASA-Projektwissenschaftler für Herschel am Jet Propulsion Laboratory. "Dies ist ein weiteres Beispiel für Herschels Vielseitigkeit und Empfindlichkeit, der wir wichtige Erkenntnisse über Sterne und die Entstehung von Planeten verdanken."

Bei einem neuen Blick auf TW Hydrae und seine Scheibe mit dem europäischen Weltraumteleskop Herschel, konnten die Astronomen nämlich die spektrale Signatur von Wasserstoffdeuterid nachweisen, einem Gas, das aus einem Wasserstoff- und einem Deuteriumatom besteht. Während Herschel das Licht normaler Wasserstoffmoleküle nicht entdecken kann, sendet Wasserstoffdeuterid eine deutlich intensivere Strahlung im fernen Infrarot aus, die sich mit den Instrumenten des Infrarotteleskops beobachten lässt.

Da das Häufigkeitsverhältnis zwischen Deuterium und normalem Wasserstoff in unserer galaktischen Nachbarschaft konstant zu sein scheint, konnten die Astronomen aus dem Anteil von Wasserstoffdeuterid auch auf die Masse der Scheibe um TW Hydrae schließen. "Um zu verstehen, ob und wie in einer protoplanetaren Scheibe Planeten entstehen, ist die Kenntnis der Masse der Scheibe entscheidend", so Glenn Wahlgren, der Herschel-Projektwissenschaftler im NASA-Hauptquartier in Washington.

Ob in der Scheibe um TW Hydrae noch weitere Planeten und damit eventuell ein deutlich umfangreicheres Planetensystem als das unsrige entstehen wird, können die Astronomen noch nicht sagen. "Die neuen Ergebnisse sind ein weiterer wichtiger Schritt, um die Vielfalt von Planetensystemen zu verstehen, die es im Universum gibt", so Bergin. "Wir beobachten nun Systeme mit massereichen Jupitern, Super-Erden und vielen Neptun-ähnlichen Welten. Durch das 'Wiegen' der Systeme bei ihrer Geburt, erhalten wir einen Einblick in die Entstehungsphase unseres eigenen Sonnensystems, bei der nur eine von vielen möglichen Konfigurationen realisiert wurde."

Für Thomas Henning, Direktor des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) in Heidelberg und einem der Co-Autoren der Studie, bieten die Beobachtungen auch einen exemplarischen Einblick in den heutigen Wissenschaftsbetrieb und seine potentiellen Probleme. "Dieses Projekt begann in einem Gespräch zwischen Ted Bergin, Ewine van Dieshoek und mir. Uns wurde klar, dass Herschel unsere einzige Möglichkeit war, um Wasserstoffdeuterid in dieser Scheibe zu beobachten - und damit eine Chance, die wir uns nicht entgehen lassen konnten! Wir haben aber auch gemerkt, dass wir mit diesen Beobachtungen ein Risiko eingehen würden. Eine der Modellrechnungen sagte voraus, dass wir mit Herschel überhaupt nichts sehen würden. Stattdessen waren unsere Beobachtungsdaten am Ende besser, als wir zu hoffen gewagt hatten."

Es käme allerdings immer wieder vor, so Henning, dass kostbare Beobachtungszeit an großen Teleskopen nur dann vergeben wird, wenn der Erfolg praktisch schon garantiert ist. Doch "wenn nicht die geringste Chance besteht, dass ein Projekt schiefgeht, dann dürfte es wissenschaftlich nicht besonders interessant sein", meint der Astronom. "TW Hydrae ist ein Paradebeispiel dafür, wie es sich in der Wissenschaft lohnen kann, ein kalkuliertes Risiko einzugehen." 

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siehe auch
Herschel: Große Wassermengen in protoplanetarer Scheibe - 21. Oktober 2011
Extrasolare Planeten: Jüngster Exoplanet entdeckt - 3. Januar 2008
Ferne Welten - die astronews.com Berichterstattung über die Suche nach extrasolaren Planeten
Links im WWW
Herschel, Seiten der ESA
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