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ALMA
Sterne und Planeten wachsen gemeinsam
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik
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9. Oktober 2020

Astronominnen und Astronomen haben überzeugende Beweise dafür gefunden, dass Planeten anfangen sich zu bilden, während Babysterne noch wachsen. Das zeigen die jetzt vorgestellten Beobachtungen des Protosterns IRS 63 mit dem Radioteleskopverbund Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array: Die junge protostellare Scheibe hat mehrere Lücken und Staubringe.

IRS 63

ALMA-Bild der jungen Staubringe, in denen Planeten entstehen, um den weniger als 500.000 Jahre alten Proto-Stern IRS 63. Bild: MPE/D. Segura-Cox [Großansicht]

Ein internationales Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern unter der Leitung von Dominique Segura-Cox am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Deutschland hat mit dem Radioobservatorium Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) den Protostern IRS 63 ins Visier genommen. Dieses System ist 470 Lichtjahre von der Erde entfernt und befindet sich tief in der dichten interstellaren Wolke L1709 im Sternbild Schlangenträger.

Protosterne, die so jung sind wie IRS 63, sind in eine ausgedehnte und massereiche "Decke" aus Gas und Staub eingehüllt, die oft auch als Hülle bezeichnet wird. Aus diesem Reservoir an Materie speisen sich Protostern und Scheibe. In Systemen, die älter als 1.000.000 Jahre sind und in denen die Protosterne den größten Teil ihrer Masse bereits angesammelt haben, hat man bereits oft Staubringe entdeckt. IRS 63 ist anders: Mit weniger als 500.000 Jahren ist er weniger als halb so alt wie andere junge Sterne mit Staubringen, und der Protostern wird noch deutlich an Masse zunehmen.

"Die Ringe in der Scheibe um IRS 63 sind sehr jung", betont Segura-Cox. "Früher dachten wir, dass zuerst die Sterne erwachsen werden und dann quasi Mütter der Planeten sind, die erst später kommen. Aber jetzt sehen wir, dass Protosterne und Planeten von Kindesbeinen an gemeinsam wie Geschwister wachsen und sich entwickeln."

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Planeten müssen ab den frühesten Stadien ihrer Entstehung einige ernsthafte Hindernisse überwinden. Zuerst müssen sie aus winzigen Staubteilchen wachsen, die kleiner sind als der Hausstaub hier auf der Erde. "Die Ringe in der Scheibe von IRS 63 sind riesige Staubhaufen, die sich zu Planeten zusammenfügen können2, bemerkt Team-Mitglied Anika Schmiedeke vom MPE. Doch selbst wenn sich ein Planetenembryo aus Staubklumpen gebildet hat, könnte der im Entstehen begriffene Planet wieder verschwinden, indem er auf einer Spiralbahn weiter zum Zentrum driftet und vom Protostern geschluckt wird.

Wenn Planeten sich sehr früh und in großer Entfernung vom Protostern bilden, könnten sie diesen Prozess besser überleben. Das Forscherteam fand heraus, dass die junge Scheibe von IRS 63 etwa 0,5 Jupitermassen an Staub enthält, die weiter als 20 AU von ihrem Zentrum entfernt sind. Dies entspricht in etwa der Entfernung der Uranusbahn in unserem Sonnensystem. Dabei wurde die Gasmenge nicht mitgezählt, die bis zu 100 Mal mehr Material liefern könnte. Um einen Planetenkern zu bilden, sind mindestens 0,03 Jupitermassen an Feststoffen erforderlich, damit dieser Kern effizient Gas akkretieren und zu einem riesigen Gasplaneten heranwachsen kann.

"Diese Ergebnisse zeigen, dass wir uns auf die jüngsten Systeme konzentrieren müssen, um die Entstehung von Planeten wirklich zu verstehen", so Teammitglied Jaime Pineda vom MPE. Es gibt zum Beispiel immer mehr Hinweise darauf, dass sich Jupiter viel weiter draußen im Sonnensystem, jenseits der Neptunbahn, gebildet haben könnte und dann nach innen zu seinem jetzigen Standort gewandert ist. In ähnlicher Weise zeigt der Staub, der IRS 63 umgibt, dass es weit vom Protostern entfernt genügend Material in einem jungen System gibt, so dass die Chance besteht, dass sich in diesem System Planeten bilden, analog wie Jupiter vermutlich in unserem Sonnensystem entstanden ist.

"Die Größe der Scheibe ist unserem eigenen Sonnensystem sehr ähnlich", erklärt Segura-Cox. "Sogar die Masse des Protosterns ist nur wenig geringer als die unserer Sonne. Die Untersuchung solch junger Scheiben um Protosterne, in denen Planeten entstehen, kann uns wichtige Erkenntnisse über unseren eigenen Ursprung liefern."

Über ihre Beobachtungen berichten die Wissenschaftler in einem Fachartikel, der jetzt in der Zeitschrift Nature erschienen ist.

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siehe auch
ALMA: Neue Einblicke in die Planetenentstehung - 13. Dezember 2018
ALMA: Planetenentstehung um Doppelstern - 15. Februar 2016
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
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