Planetengeburt im Eiltempo

Astronomen beobachten in der Scheibe um den Stern HL Tauri einen Staubklumpen

17. März 2016

Beobachtungen mit dem Radioteleskop VLA in New Mexico zeigen die inneren Partien der Planeten-Geburtsstätte rund um den jungen Stern HL Tauri so detailreich wie nie zuvor. Deutlich sichtbar ist dabei ein riesiger Staubklumpen mit der drei- bis achtfachen Sonnenmasse; er bietet ideale Bedingungen für die Entstehung eines Planeten. Die Masse des neuen Himmelskörpers dürfte zwischen jener der Erde und jener des Neptun liegen. Die Existenz des Klumpens zeigt eine Lösung für ein grundlegendes Problem auf: Wie können Planeten innerhalb der relativ kurzen Zeit entstehen, die für ihr Wachstum zur Verfügung steht?

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Kosmischer Kreißsaal: Die protoplanetare Staubscheibe um den jungen Stern HL Tauri. Links frühere Beobachtungen mit dem ALMA-Observatorium, die durch Lücken getrennte helle Bereiche zeigten; rechts die neuen Beobachtungen mit dem VLA, die zusätzliche Strukturen der inneren Ringe sichtbar machen. Bei dem als Klumpen gekennzeichneten Objekt dürfte es sich um einen Planetenembryo handeln – eine Region, in der gerade ein Planet entsteht.

Frühere Bilder, aufgenommen mit dem ALMA-Observatorium, hatten ein markantes Muster von hellen Staubringen in der Scheibe um den jungen Stern HL Tauri gezeigt. Das neue Bild, gewonnen am Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) in New Mexiko, ist jedoch viel detailreicher. So zeigt es einen massereichen Klumpen aus Staub im innersten der hellen Ringe. Die Gesamtmasse des Klumpens entspricht dem drei- bis achtfachen der Erdmasse.

„Dieser Klumpen sieht wie eine Art Planetenembryo aus, der sich über die nächsten Millionen Jahre hinweg zu einem fertigen Planeten entwickeln dürfte“, sagt Thomas Henning, Direktor am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg und einer der beiden Leiter des Beobachtungsteams.

Die neue Entdeckung hat weitgehende Konsequenzen. Bereits seit Längerem ist bekannt, dass die einfachsten Modelle der Planetenentstehung ein Problem mit den Zeitskalen haben. In diesen Modellen ist die protoplanetare Scheibe aus Gas und Staub, die den jungen Stern umgibt, gleichförmig und homogen. Alles Weitere spielt sich erst auf kleineren, dann auf immer größeren Längenskalen ab: beginnend mit Staubteilchen, die aneinanderkleben bis hin zu daraus entstehenden größeren Objekten und schließlich der Bildung von Planeten.

Das ist freilich ein recht langsamer Prozess, und diese Langsamkeit erweist sich als problematisch: Im Laufe von rund zehn Millionen Jahren werden Gas und Staub der Scheibe durch die intensive Strahlung des jungen Sterns förmlich weggepustet. Ohne Gas und Staub als Rohmaterial ist die Planetenentstehung beendet. Haben sich bis dahin keine großen Planeten gebildet, wird das auch anschließend nicht mehr passieren.

Die neuen Bilder geben Hinweise auf eine deutlich schnellere Version der Planetenentstehung. Dabei resultieren aus bestimmten Strömungsmustern des Scheibengases Regionen mit besonders hoher Staubdichte, in denen die Planetenentstehung dann sehr viel rascher ablaufen kann als in einer homogenen Scheibe.

Hubert Klahr, Leiter der Theoriegruppe Planeten- und Sternentstehung am Heidelberger Max-Planck-Institut, erklärt: „Vor zehn Jahren haben wir in unseren Simulationen erste Anzeichen für diese Art besonders schneller Planetenentstehung gefunden. Jetzt lassen sich die Details erstmals direkt beobachten – dichte Staubringe, in denen sich klumpige Fragmente bilden.“

Weitere Untersuchungen sind in Arbeit. Dabei wollen die Forscher zum einen die Scheibe um HL Tauri genauer modellieren, zum anderen nachweisen, dass der Staubklumpen noch weitere Materie auf sich zieht und auf diese Weise weiter wächst.

„Detailreiche Bilder wie dieses haben die Forschung zur Planetenentstehung auf eine neue Stufe gehoben“, sagt Thomas Henning. Offenbar seien Strukturen in der Scheibe – wie der jetzt entdeckte Klumpen – notwendig, um die Entstehung von Planetensystemen wie in unserem eigenen Sonnensystem zu erklären.

MP / HOR

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