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Wie planetenbildende Scheiben um junge Sterne entstehen
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Innsbruck
astronews.com
15. April 2026
Aus wirbelndem Gas und Staub entstehen Planeten. Dank einer
jetzt vorgestellten Studie lässt sich nun erstmals im Detail nachvollziehen, wie
einströmendes Material aus sternbildenden Regionen allmählich zu
planetenbildenden Scheiben wird. Dazu wurden numerische Simulationen mit
Beobachtungen des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
kombiniert.
Anschauliche Darstellung von ENDTRANZ, der
Übergangszone zwischen Gashülle und protoplanetarer Scheibe.
Der rot gefärbte Ring zeigt, wie Gas von der einfallenden
Hülle in geordnete Rotation übergeht. Basierend auf
KI-Visualisierung von Simulationsdaten.
Bild: Indrani Das / ASIAA [Großansicht] |
Protoplanetare Scheiben entstehen um junge Sterne, wenn dichte Kerne aus
Molekülwolken unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabieren. Eine äußere Hülle aus
Gas und Staub, der sogenannte "Envelope", umgibt und speist dabei sowohl den
jungen Stern als auch die entstehende Scheibe. Es ist zwar bekannt, dass sich
Planeten in diesen Scheiben bilden und auf Kepler’schen Bahnen bewegen, also auf
elliptischen Umlaufbahnen um ein wesentlich massereicheres Zentralobjekt. Der
Mechanismus, durch den einströmendes Gas aus der Hülle in diese geordnete
Kepler-Rotation innerhalb der Scheibe übergeht, blieb jedoch über Jahrzehnte
hinweg ungeklärt.
"Wir sehen hier erstmals im Detail, wie sich aus einströmendem Material eine
geordnete Scheibenstruktur entwickelt", sagt der Eduard Vorobyov vom Institut
für Astro- und Teilchenphysik an der Universität Innsbruck, der an der Studie
unter der Leitung von Indrani Das vom Academia Sinica Institute of Astronomy
and Astrophysics (ASIAA) beteiligt war. Auf Basis theoretischer und
beobachtungsbasierter Hinweise zeigt das Forschungsteam erstmals, dass es an der
Grenzfläche zwischen Hülle und Scheibe in einem jungen Stern-Scheiben-System
eine klar unterscheidbare Übergangszone gibt. Diese Zone bezeichnete Das als
"ENDTRANZ" (Envelope Disk Transition Zone). Die Ergebnisse belegen, dass sich
die Bewegung des einströmenden Gases über diese Übergangszone hinweg allmählich
in Kepler-Bewegung verwandelt. Entscheidend ist dabei, dass dieser Übergang
keineswegs abrupt erfolgt und damit früheren Modellen widerspricht.
"Die Existenz von ENDTRANZ ergibt sich auf natürliche Weise aus der
Umverteilung von Masse und Drehimpuls während der Bildung von Scheiben um junge
Sterne. Dieser Prozess bestimmt letztlich, wie sich einströmendes Material aus
der Hülle, das sich langsamer als mit Kepler-Geschwindigkeit bewegt, ausbreitet,
die Scheibe bildet und sich allmählich in eine geordnete Kepler-Rotation
einfügt", erklärt Das. "Die Entdeckung von ENDTRANZ ist ein wichtiger Schritt
für das Verständnis der Entstehung von Sternen und Planetensystemen,
einschließlich unseres eigenen Sonnensystems."
Um ENDTRANZ zu untersuchen, führte das Team zunächst numerische Simulationen
mit FEOSAD durch, einem Code, der die Entwicklung eines Stern-Scheiben-Systems
vom Kollaps eines sternlosen Wolkenkerns an modelliert. Die Ergebnisse zeigten,
dass sich der Übergang von der einfallenden, rotierenden Hülle zur rotierenden
Scheibe allmählich über einen "Sprung" innerhalb einer endlichen Breite im
radialen Profil des spezifischen Drehimpulses vollzieht. Diesen Sprung
identifizierte das Team als ein neues charakteristisches Kennzeichen von
ENDTRANZ.
Der spezifische Drehimpuls beschreibt, wie schnell und in welchem Abstand ein
Gasvolumenelement ein Objekt umkreist und ist dabei unabhängig von der Masse. Er
ermöglicht ein Verständnis der Organisation von Material in einer rotierenden
Scheibe, die aus einer langsam rotierenden Gaswolke entsteht. In der Scheibe
findet eine dynamische Umverteilung des Drehimpulses statt. Dieser Prozess ist
vergleichbar mit atmosphärischer Konvektion: Warme Luft steigt auf, kalte Luft
sinkt ab, während Wärme ausgetauscht wird. "Dieser ENDTRANZ-Indikator in Form
eines Sprungs im Profil des spezifischen Drehimpulses ist im Wesentlichen
Ausdruck des allmählichen Übergangs in der Rotationsgeschwindigkeit. Damit
bietet er einen diagnostischen Rahmen, um die physikalischen Prozesse zu
verstehen, die die Entwicklung der Scheibe antreiben", ergänzt Shantanu Basu von
der University of Toronto, der auch zum Team gehörte.
Das Team untersuchte zudem L1527 IRS, einen jungen Stern rund 450
Lichtjahre von der Erde entfernt in der Taurus-Molekülwolke, dessen Scheibe
einen Radius von etwa 70 Astronomischen Einheiten besitzt. Mithilfe der
hochauflösenden ALMA Large Program eDisk-Beobachtungen ("Embedded Disks in
Planet Formation") konnten die Forschenden erstmals einen ähnlichen Sprung im
Radialprofil des spezifischen Drehimpulses am Hülle-Scheibe-Übergang von L1527
IRS identifizieren. Dieser Sprung erstreckt sich über eine radiale Breite von
rund 16 Astronomischen Einheiten und bestätigte damit die Existenz der
Übergangszone.
"Interessanterweise zeigt das modellierte ENDTRANZ deutliche lokale
Variationen in der Kinematik entlang des Umfangs der Scheibe. In Verbindung mit
Beobachtungen kann das neue Einblicke in die komplexe Spiralstruktur
protoplanetarer Scheiben liefern", ergänzt Vorobyov. Die Arbeit etabliert
ENDTRANZ als ein neues Forschungsfeld in der Untersuchung der Stern- und
Planetenentstehung. Sie eröffnet die Möglichkeit, die komplexe Physik dieser
Übergangszone künftig genauer zu erforschen und in weiteren jungen Sternsystemen
nach entsprechenden Signaturen zu suchen.
Über ihre Untersuchungen berichtet das Team in einem Fachartikel,
der in der Zeitschrift The Astrophysical Journal erschienen ist.
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