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ALMA
Eine entstehende Erde um TW Hydrae?
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie
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1. April 2016

Mithilfe des Radioteleskopverbunds ALMA gelangen Astronomen jetzt die bislang detailreichsten Aufnahmen eines jungen Planetensystem-Vorläufers rund um den Stern TW Hydrae. Lücken in der protoplanetaren Scheibe könnten genau an der Stelle auf die Entstehung eines Planeten hindeuten, an der sich in unserem Sonnensystem die Erde befindet.

TW Hydrae

ALMA-Bild der protoplanetaren Scheibe um den jungen Stern TW Hydrae. Die in beiden Bildern sichtbaren ringförmigen Lücken könnten auf das Vorhandensein von Planeten hindeuten. Das Zoombild zeigt die innere Scheibenregion. Dort befindet sich eine Lücke, deren Abstand vom Stern dem Abstand der Erde von der Sonne entspricht. Bild: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA), ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) [Großansicht]

Wir können zwar nicht in der Zeit zurückreisen und mit eigenen Augen beobachten, wie unsere Erde einst aus einer sogenannten protoplanetaren Scheibe um die junge Sonne entstanden ist. Vor über vier Milliarden Jahren dürften in dieser dichten Scheibe aus Gas und Staub winzige Eis- und Staubkörner verklumpt sein, bis daraus immer größere Objekte wurden und sich schließlich die Planeten und auch die Erde bildete.

Astronomen können allerdings entfernte Sternsysteme beobachten, die sich in demselben frühen Entwicklungszustand befinden wie unser Sonnensystem vor mehreren Milliarden Jahren. Die Geburt einer anderen Erde haben Astronomen dabei noch nicht direkt beobachten können, aber sie sind diesem Ziel jetzt einen wichtigen Schritt näher gekommen.

Beobachtungen einer protoplanetaren Scheibe haben zum ersten Mal Strukturen auf Größenskalen des inneren Bereichs unseres Sonnensystems sichtbar gemacht, also einer Region, in dem sich auch unsere Erde befindet. In der Scheibe um den jungen Stern TW Hydrae konnten sie eine ringförmige Lücke ausmachen, die auf das Vorhandensein eines neu entstehenden Planeten hinweisen könnte.

Diese Lücke ist genau so weit von TW Hydrae entfernt wie die Erde von der Sonne. Wenn die Entstehungsprozesse in der Umgebung von TW Hydrae ähnlich vor sich gehen wie damals bei unserer Sonne, wäre dies ein naheliegender Geburtsort für erdähnliche Planeten oder ihre größeren Verwandten, die massereicheren Supererden.

TW Hydrae ist ein junger Stern im Sternbild Wasserschlange, der von einer protoplanetaren Scheibe aus Gas und Staub umgeben ist. Mit einem Abstand von nur 176 Lichtjahren von der Erde ist dies eine der uns nächsten protoplanetaren Scheiben, und entsprechend auch eine der am besten untersuchten. Bis 2012 konnte die Scheibe allerdings nur indirekt untersucht werden - direkte Abbildungen der Scheibe und ihrer Struktur gab es noch nicht. Ab Ende 2014 setzte das neu in Betrieb genommene ALMA-Observatorium dann neue Maßstäbe für die Beobachtungen von Staub in solchen Scheiben.

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Staub ist das Rohmaterial für erdähnliche Planeten und die festen Kerne von Gasriesen. Dank ALMA konnten Staubstrukturen detailreicher und mit größerer Empfindlichkeit abgebildet werden als zuvor. Nun hat eine Gruppe von Astronomen unter der Leitung von Sean Andrews vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge im US-Bundesstaat Massachusetts mithilfe von ALMA das bislang detailreichste Bild der Scheibe um TW Hydrae aufgenommen - und die Möglichkeiten des ALMA-Observatoriums dabei aufs äußerste ausgereizt.

"Das ist das am höchsten aufgelöste Bild, das ALMA je von einer protoplanetaren Scheibe aufgenommen hat", so Andrews. "Diese Auflösung wird auch in Zukunft schwer zu übertreffen sein." In den nächsten Jahren dürfte ALMA keine protoplanetare Scheibe mit höherer Auflösung abbilden als hier geschehen.

Deutlich ist in dem Bild eine Struktur aus Ringen und ringförmigen Lücken in der protoplanetaren Scheibe zu sehen, und das bis hin zu den innersten Scheibenregionen, die von der Größe her den inneren Regionen unseres Sonnensystems entsprechen. Zuvor hatte ALMA ähnliche, aber deutlich größere Ringe in einer anderen Scheibe um den Stern HL Tauri gezeigt. (astronews.com berichtete) Jene andere Scheibe ist allerdings deutlich jünger - eine Million Jahre im Vergleich zu den 10 Millionen Jahren bei TW Hydrae - und die Astronomen waren einigermaßen überrascht, in einer vergleichsweise alten Scheibe solche engen, perfekt symmetrischen Ringe zu finden.

"Wir kennen einige Mechanismen, die derartige Strukturen erzeugen können: Magnetfelder etwa oder bestimmte Arten von Strömungsstabilitäten", spekuliert Tilman Birnstiel vom Max-Planck-Institut für Astronomie, der an den Beobachtungen beteiligt war. "Die spannendste Möglichkeit ist natürlich, dass es sich um Spuren von Planeten handelt, die um TW Hydrae umlaufen. Die Scheibe ist alt genug, dass sich Planeten gebildet haben könnten. Diese Planeten würden Gas und Staub entlang ihrer Umlaufbahnen aufsammeln und so die ringförmigen Lücken erzeugen."

Als nächstes sind die Theoretiker am Zuge, die sich mit Planetenentstehung beschäftigen. Sie müssen jetzt zeigen, wie die neuen Beobachtungsdaten zu ihren Modellen der Planetenentstehung passen. "Wir Theoretiker müssen jetzt vor allem zeigen, wie sich anhand von Beobachtungen zwischen den verschiedenen möglichen Erklärungen für die Lücken unterscheiden lässt - und welches die richtige Erklärung ist", so Birnstiel. "Aber egal was sich als die richtige Antwort herausstellt: Schon jetzt ist sicher, dass diese Beobachtung ein Meilenstein für unser Verständnis der Planetenentstehung sein wird."

Über ihre Beobachtungen berichten die Wissenschaftler in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Astrophysical Journal Letters erschienen ist.

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siehe auch
Very Large Array: Planeten-Embryo um HL Tauri - 18. März 2016
ALMA: Details einer protoplanetaren Scheibe - 6. November 2014
Hubble: Ein entstehender Planet um TW Hydrae? - 14. Juni 2013
Ferne Welten - unsere Berichterstattung über die Suche nach extrasolaren Planeten und außerirdischem Leben
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Max-Planck-Institut für Astronomie
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