ALMA
Kometenfabrik um jungen Stern
von Stefan Deiters
astronews.com
7. Juni 2013

Dank neuer Beobachtungen mit dem Radioteleskopverbund ALMA könnten Astronomen ein wichtiges Detail der Entstehung von Gesteinsplaneten künftig besser verstehen. Die Wissenschaftler entdeckten nämlich in einer Scheibe aus Gas und Staub um einen jungen Stern einen Bereich, in dem winzige Staubpartikel offenbar ungestört wachsen können.

So stellen sich die Astronomen die Staubscheibe um den jungen Stern Oph-IRS 48 vor. Die "Staubfalle" ist als heller Bereich dargestellt. Bild: ESO/L. Calçada Beobachtungen der Staubscheibe um Oph-IRS 48. In Grün die jetzt beobachteten größeren Staubkörner, in Orange kleinerer Staub. Bild: ALMA (ESO/NAOJ/ NRAO) / Nienke van der Marel

Dass die Prozesse, die zur Entstehung von Planeten führen, in unserer Galaxie relativ weitverbreitet sein müssen, zeigt schon die Tatsache, dass man inzwischen viele Hundert Planeten um andere Sonnen entdeckt hat. Allerdings sind den Astronomen gewisse Aspekte bei der Entstehung von Asteroiden, Kometen und Gesteinsplaneten noch immer ein Rätsel. Beobachtungen mit dem neuen Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) könnten nun wichtige Hinweise auf die Abläufe in den Staubscheiben um junge Sterne geliefert haben.

Aus Computermodellen über die Entstehung von Planeten haben Forscher eine ungefähre Vorstellung davon, wie sich die ersten festen Brocken um noch junge Sterne bilden sollten: Winzige Staubkörner in der Scheibe um eine gerade geborene Sonne kollidieren miteinander und verkleben. So wachsen sie allmählich zu größeren Gebilden heran.

Allerdings hatten die Astronomen mit dieser Vorstellung bislang ein Problem: Wenn solche größeren Staubkörnen anschließend mit hoher Geschwindigkeit aufeinandertreffen, sollten sie in der Regel wieder in zahlreiche Einzelteile zerfallen und der Prozess müsste von vorn beginnen. Und selbst wenn die größeren Körner intakt blieben, zeigen Simulationen, dass sie sich - bedingt durch die Reibung mit dem Material in der Scheibe - langsam in Richtung ihrer Sonne bewegen müssten und letztlich sogar in sie hinstürzen würden.

Wie können also diese Staubkörner überhaupt auf die Größe von Kometen, Asteroiden oder gar Planeten anwachsen? Die Astronomen hatten schon länger vermutet, dass in den Gas- und Staubscheiben um junge Sterne Regionen existieren, in denen Staubpartikel relativ ungestört wachsen können. Solche "Staubfallen", die etwa durch einen Wirbel in der Gasscheibe entstehen, hätten eine Lebensdauer von einigen Hunderttausend Jahren, was aber genügen würde, um die Staubkörner auf eine ausreichende Größe anwachsen zu lassen. Allerdings hatte man solche "Staubfallen" bislang noch nirgends beobachten können.

Dank neuer Beobachtungen mit ALMA hat sich das nun geändert: Die Doktorandin Nienke van der Marel von der Sternwarte in Leiden in den Niederlanden hat zusammen mit anderen Astronomen den jungen Stern Oph-IRS 48 im Sternbild Schlangenträger in rund 400 Lichtjahren Entfernung untersucht. Bei früheren Beobachtungen waren bei dem Stern bereits Hinweise auf eine Scheibe aus winzigen Staubpartikeln entdeckt worden.

Mit ALMA sollten nun größerer Staub mit einem Durchmesser im Millimeterbereich untersucht werden. "Als wir die Form des Staubs auf dem Bild sahen, war das eine komplette Überraschung für uns", erinnert sich van der Marel. "Statt des erwarteten Rings sahen wir eine Form, die an eine Cashewnuss erinnert. Wir mussten uns erst davon überzeugen, dass wir es hier mit einer wirklich existierenden Struktur zu tun hatten, aber die sehr starken und klaren Signale der ALMA-Beobachtungen haben keinen Zweifel daran gelassen. Dann wurde uns klar, was wir hier gefunden hatten."

Offenbar handelt es sich nämlich um eine Region, in der größere Staubkörner gefangen sind und immer weiter anwachsen können, also um die lange gesuchte "Staubfalle". "Es ist wahrscheinlich, dass wir hier in eine Art Kometenfabrik schauen, da die Bedingungen dort genau richtig sein sollten, um Staubkörner von wenigen Millimetern Größe auf Kometengröße anwachsen zu lassen", erklärt van der Marel.

"Aus dem Staub werden angesichts der Entfernung vom Zentralstern aber wohl keine richtigen Planeten werden", so die Doktorandin weiter. "In naher Zukunft sollten mit ALMA aber Beobachtungen von Staubfallen in deutlich geringerem Abstand vom Stern möglich sein, wo es zu den gleichen Prozessen kommt. Solche Staubfallen wären dann tatsächlich die Geburtsstätte für Planeten." Die aktuellen Beobachtungen wurden noch in der Aufbauphase von ALMA durchgeführt.

"Die Kombination aus theoretischen Modellen und qualitativ hochwertigen Beobachtungen mit ALMA macht dieses Projekt so einzigartig", unterstreicht Cornelius Dullemond vom Institut für theoretische Astrophysik der Universität Heidelberg, ein Experte für die Entwicklung von Staub und die Modellierung von Scheiben, der auch zum Team gehörte. "Zu der Zeit, als die Beobachtungen gerade gemacht wurden, haben wir an einem theoretischen Modell gearbeitet, das genau diese Strukturen vorhergesagt hat: Das war ein wirklich glücklicher Zufall."

Über ihre Beobachtungen und Analysen berichten die Wissenschaftler heute in der Wissenschaftszeitschrift Science.