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ALMA
Die protoplanetaren Scheiben von HK Tauri
von Stefan Deiters
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30. Juli 2014

Astronomen haben in dem Doppelsternsystem HK Tauri zwei unterschiedlich ausgerichtete Scheiben aus Gas und Staub entdeckt, in denen vermutlich gerade Planeten entstehen. Es sind die bislang detailliertesten Beobachtungen von solchen Scheiben in einem Doppelsternsystem. Sie gelangen mit ALMA, einem Verbund von Radioteleskopen in der chilenischen Atacamawüste.

HK Tauri

So könnte das Doppelsternsystem HK Tauri und die beiden protoplanetaren Scheiben aussehen. Bild: R. Hurt (NASA / JPL-Caltech / IPAC) [Großansicht]

Unsere Sonne unterscheidet sich von anderen Sternen nicht nur dadurch, dass um sie der bislang einzige uns bekannte Planet kreist, auf dem es Leben gibt, sondern auch, weil es sich bei unserer Sonne um einen Einzelstern handelt. Die meisten Sterne entstehen nämlich in Doppel- oder Mehrfachsystemen. Da stellt sich natürlich die Frage, wie und wo um solche Sternpaare Planeten entstehen können.

Einen Hinweis liefern nun neue Beobachtungen mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), einem Verbund aus Radioschüsseln in der chilenischen Atacamawüste. "Durch ALMA ist uns der bislang beste Blick auf ein Doppelsternsystem mit protoplanetaren Scheiben gelungen", freut sich Eric Jensen vom Swarthmore College in der Nähe von Philadelphia im US-Bundesstaat Pennsylvania. "Man kann erkennen, dass diese Scheiben zueinander schief ausgerichtet sind."

Das von den Astronomen beobachtete System HK Tauri befindet sich rund 450 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Stier. Die Sterne sind weniger als fünf Millionen Jahre alt und rund 58 Milliarden Kilometer voneinander entfernt - dies entspricht etwa der 13-fachen Entfernung des äußersten Planeten Neptun von unserer Sonne.

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Bei dem lichtschwächeren Stern des Paars, HK Tauri B, blicken wir von der Erde aus genau auf die Kante der protoplanetaren Scheibe. Das Licht des hellen Sterns selbst wird dadurch erheblich reduziert, so dass sich die leuchtschwache Scheibe gut im sichtbaren Bereich des Lichts oder im nahe Infraroten beobachten lässt (astronews.com berichtete).

Bei HK Tauri A ist das anders: Hier verdeckt die Scheibe nicht das Licht des Sterns, so dass Beobachtungen schwieriger sind. Das schwache Leuchten der Scheibe wird im sichtbaren Bereich des Lichts komplett vom hellen Stern überstrahlt. In Submillimeter-Wellenlängen, in denen ALMA beobachtet, lässt sich die Scheibe allerdings gut erkennen und untersuchen.

Mit ALMA konnten die Astronomen daher nicht nur die Scheibe beobachten, sondern auch erstmals ihre Rotation messen. Es gelang ihnen schließlich sogar zu berechnen, dass die beiden protoplanetaren Scheiben des Systems um mindestens 60 Grad zueinander geneigt sein müssen. Mindestens eine der beiden Scheiben liegt somit deutlich außerhalb der Ebene, in der die beiden Sterne einander umkreisen.

"Diese eindeutige Schiefstellung hat uns einen faszinierenden Einblick in ein junges Doppelsternsystem erlaubt", so Rachel Akeson vom NASA Exoplanet Science Institute am California Institute of Technology. "Es gab zwar schon früher Beobachtungen, die darauf hingedeutet haben, dass es diese zueinander geneigten Scheiben gibt, doch die neuen ALMA-Beobachtungen von HK Tauri zeigen sehr viel deutlicher, was in einem solchen System passiert."

Sterne bilden sich aus Wolken aus Gas und Staub. Diese kollabieren unter ihrer eigenen Schwerkraft und beginnen zu rotieren, bis sich schließlich eine flache protoplanetare Scheibe um den jungen, gerade entstehenden Stern gebildet hat. In diesen Scheiben entstehen dann die Planeten.

Komplizierter wird es natürlich, wenn sich zwei junge Sterne umkreisen. Wenn sich die Bahn der Sterne umeinander und ihre protoplanetaren Scheiben nicht ungefähr in der gleichen Ebene befinden, kommt es zu gegenseitigen Störungen und die entstehenden Planeten können auf sehr ungewöhnliche Bahnen geraten. Solche sehr unkreisförmigen und geneigten Bahnen hat man bei zahlreichen extrasolaren Planetensystemen schon beobachtet, so dass die ALMA-Beobachtungen eine Erklärung für die Entstehung dieser überraschenden Orbits liefern würden.

"Unsere Ergebnisse zeigen, dass die notwendigen Bedingungen für die Veränderungen der planetaren Bahnen vorhanden sind und dass es diese Bedingungen zur Zeit der Planetenentstehung gibt, vermutlich durch den Entstehungsprozess des Doppelsternsystems", erläutert Jensen die Bedeutung der Beobachtungen. "Wir können zwar andere Theorien noch nicht ausschließen, doch sind wir sicher, dass ein zweiter Stern diesen Job erledigen würde."

Da sich mit ALMA das ansonsten unsichtbare Gas und der Staub in der protoplanetaren Scheibe erkennen lässt, war ein bislang einmaliger Blick auf das junge Doppelsternsystem möglich. "Da wir es in einer sehr frühen Phase der Entstehung beobachten, in der protoplanetare Scheiben noch vorhanden sind, lässt sich besser erkennen, wie alles orientiert ist", so Akeson.

Als nächstes wollen die Astronomen herausfinden, ob es sich bei HK Tauri um einen Ausnahmefall handelt, oder ob solche Systeme die Regel sind. Allerdings würden sich auch dann nicht alle eigentümlichen Bahnen von extrasolaren Planeten erklären lassen. "Dafür gibt es einfach nicht genug Doppelsternbegleiter", so Jensen. "Es bleibt also noch ein interessantes Rätsel, das es zu lösen gilt."

Über ihre Beobachtungen berichten Jensen und Akeson in einem Fachartikel, der morgen in der Wissenschaftszeitschrift Nature erscheint.

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siehe auch
Extrasolare Planeten: Dunkle Bänder - 14. Februar 1999
Links im WWW
Preprint des Fachartikels (pdf-Download von eso.org)
ESO
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