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HUBBLE
Ein entstehender Planet um TW Hydrae?
von Stefan Deiters
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14. Juni 2013

Astronomen glauben deutliche Hinweise auf einen Planeten entdeckt zu haben, der gerade in einer Entfernung von zwölf Milliarden Kilometern von TW Hydrae entsteht. Er verrät sich durch eine charakteristische Lücke in der Scheibe aus Gas und Staub um den jungen Stern. Der Fund passt allerdings nicht zu den gängigen Theorien über die Entstehung von Planeten.

TW Hydrae

Hubble-Bild der Scheibe um TW Hydrae. Der Stern selbst ist ausgeblendet. Bild: NASA, ESA, J. Debes (STScI), H. Jang-Condell (University of Wyoming), A. Weinberger (Carnegie Institution of Washington), A. Roberge (Goddard Space Flight Center), und G. Schneider (University of Arizona/Steward Observatory) 

TW Hydrae

So stellt man sich Struktur der Scheibe um TW Hydrae vor
. Bild: NASA, ESA und A. Feild (STScI/AURA) 

Der Stern TW Hydrae liegt 176 Lichtjahre entfernt im Sternbild Wasserschlange. Der mit einem Alter von weniger als zehn Millionen Jahren noch junge rote Zwergstern ist ein beliebtes Beobachtungsobjekt für Astronomen. TW Hydrae ist nämlich von einer Scheibe aus Gas und Staub umgeben, in der sich vermutlich bereits Planeten gebildet haben (astronews.com berichtete wiederholt) und auf die wir von der Erde aus direkt hinaufblicken können. Mithilfe des Weltraumteleskops Hubble entdeckten Astronomen jetzt eine mysteriöse Lücke in dieser Scheibe, die rund drei Milliarden Kilometer breit ist.

Die Forscher glauben, dass sich diese Lücke am besten durch einen bislang nicht entdeckten und gerade entstehenden Planeten erklären lässt, der diesen Bereich der Staubscheibe von Material befreit. Besonders massereich dürfte dieser Planet allerdings nicht sein - die Astronomen schätzen seine Masse auf sechs bis 28 Erdmassen.

Wegen seiner großen Entfernung von rund zwölf Milliarden Kilometern vom Zentralstern muss sich der vermutete Planet sehr langsam um TW Hydrae bewegen. Würde er sich in unserem Sonnensystem befinden, wäre er doppelt so weit von der Sonne entfernt, wie der Zwergplanet Pluto. Doch genau hier liegt das Problem: Man nimmt heute an, dass sich Planeten langsam über viele Millionen Jahre bilden, indem sie Gas, Staub und kleinere Gesteinstrümmer aus der protoplanetaren Scheibe "aufsammeln".

Ein Planet in einer Entfernung von rund zwölf Milliarden Kilometern von seiner Sonne sollte für die Entstehung rund 200-mal länger brauchen als ein Planet in einem Abstand, die dem des Gasriesen Jupiter entspricht. In dieser Nähe zum Zentralstern dürfte die Entstehung bereits nach maximal zehn Millionen Jahren abgeschlossen sein. In den äußeren Regionen muss es deutlich länger dauern - wegen der langsameren Bewegung des Protoplaneten und der geringeren Dichte des Materials in der Scheibe.

Die Existenz eines Planeten, wie ihn die Astronomen nun mit Hubbles Hilfe um TW Hydrae entdeckt zu haben glauben, stellt somit eine große Herausforderung für die gängigen Theorien der Planetenentwicklung dar. Was die Sache noch zusätzlich kompliziert, ist der Sachverhalt, dass TW Hydrae nur etwa 55 Prozent der Masse unserer Sonne aufweist. "Es ist schon faszinierend ein System wie dieses zu sehen", meint John Debes vom Space Telescope Science Institute, der das Beobachterteam leitete. "Es ist der Stern mit der geringsten Masse, bei dem wir eine Lücke in so großer Entfernung beobachten konnten."

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Nach einer alternativen Theorie zur Entstehung von Planeten könnten diese auch entstehen, wenn ein Teil der protoplanetaren Scheibe instabil wird und in sich zusammenfällt. Bei diesem Szenario würde sich ein Planet innerhalb weniger Tausend Jahre bilden können. Allerdings sollte ein solcher Prozess - so zumindest die Theorie - zu deutlich massereicheren Planeten als den in der Lücke vermuteten führen.

"Wenn wir tatsächlich bestätigen können, dass es da draußen einen Planeten gibt, können wir dessen Charakteristika mit den Messungen der Eigenschaften der Lücke in der Scheibe in Beziehung setzen", so Debes. "Dies könnte zu neuen Erkenntnissen über die Entstehung von Planeten führen und erklären helfen, wie sie sich in dieser Entfernung bilden können. Es gibt eindeutig eine Lücke. Und ein Planet erscheint wahrscheinlich, da die Lücke sehr scharf begrenzt und kreisförmig ist."

Es gibt aber noch ein weiteres Problem mit der Beobachtung: Untersuchungen mit Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) haben gezeigt, dass es in den Regionen der Scheibe, in dem die Lücke entdeckt wurde, offenbar keine größeren Staubkörner mehr gibt. "Normalerweise benötigt man Kieselsteine bevor man einen Planeten hinbekommt", erklärt Debes die Schwierigkeit. "Wenn es also einen Planeten dort gibt, aber keinen Staub, der größer ist als ein Sandkorn, wäre das ein große Herausforderung für die traditionellen Modelle zur Entstehung von Planeten."

Dass die Lücke vorhanden ist, daran haben die Astronomen keinen Zweifel. Sie würde sich nämlich in ganz unterschiedlichen Wellenlängenbereichen zeigen, so dass es sich nicht um einen Instrumentenfehler oder eine eigentümliche Streuung des Lichts an dem Staub der Scheibe handeln kann.

Der junge Stern TW Hydrae und seine Staubscheibe wird die Astronomen also vermutlich noch einige Jahre beschäftigten. Die Wissenschaftler, die über ihre Beobachtungen in der heute erscheinenden Ausgabe der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal berichten, planen weitere Beobachtungen des Systems - unter anderem mit ALMA und dem Hubble-Nachfolger, dem James Webb Space Telescope, das ab 2018 zur Verfügung stehen soll.

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siehe auch
Herschel: Planetenentstehung noch später als gedacht? - 31. Januar 2013
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
Preprint des Fachartikels (pdf-Download von HubbleSite.org)
HubbleSite
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