Exoplaneten: Einmaliger Fund weist Entstehung von Monden und Planeten nach
Astronomen finden mit dem ALMA-Teleskop erstmalig einen Nachweis einer mondbildenden Scheibe um einen Exoplaneten. Doch ein wichtiger Schlüssel fehlt immer noch.
Weitwinkel- und Nahaufnahmen einer mondbildenden Scheibe, aufgenommen mit ALMA.
Foto: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Benisty et al.
Astronomen haben zum ersten Mal eindeutig eine Scheibe um einen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt. Die bahnbrechende Beobachtung wurde mit dem Radioteleskop-Observatorium ALMA aufgenommen. Die Forschenden erlangen neue Erkenntnisse, wie sich Monde und Planeten in jungen Planetensystemen bilden.
„Unsere Arbeit stellt einen klaren Nachweis einer Scheibe dar, in der sich natürliche Trabanten bilden könnten“, sagt Myriam Benisty, Forscherin an der Universität von Grenoble, Frankreich, und an der Universität von Chile. Sie leitete die neue Studie.
Die ALMA-Beobachtungen wurden mit einer exzellenten Auflösung gewonnen. „Wir konnten klar erkennen, dass die Scheibe mit dem Planeten assoziiert ist. Zudem sind wir in der Lage, ihre Größe zum ersten Mal einzugrenzen“, so Benisty.
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Mondbildende Scheibe umgibt Exoplaneten PDS 70c
Bei der Entdeckung handelt es sich um eine sogenannte zirkumplanetare Scheibe, die den Exoplaneten PDS 70c umgibt. PDS 70c ist einer von zwei riesigen, Jupiter-ähnlichen Planeten, der einen fast 400 Lichtjahre entfernten Stern umkreist. Schon früher gab es Hinweise auf eine „mondbildende“ Scheibe um diesen Exoplaneten. Doch der Durchbruch wurde erst jetzt erzielt. Vorab konnte der Nachweis nicht bestätigt werden, da die Scheibe nicht eindeutig von ihrer Umgebung zu unterscheiden war.
Zirkumplanetare Scheibe: Definition
Zirkumplanetare Scheiben sind eine ringförmige Ansammlung, ein Torus oder ein Pfannkuchen zusammengesetzt aus Gas, Staub, Planetesimale, Asteroiden oder Kollisionsfragmente in Orbit um einen Planeten. Um die Planeten herum sind die Scheiben Materialreservoirs, aus denen Monde entstehen können.
Die jetzt aufgefundene Scheibe weist den gleichen Durchmesser wie die Entfernung von unserer Sonne zur Erde auf. Die Masse reiche zudem aus, um bis zu drei natürliche Satelliten von der Größe des Mondes zu bilden.
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Die Studie ist im Fachjournal „The Astrophysical Journal Letters“ erschienen und ergründet nicht nur die Entstehung von Monden.
„Diese neuen Beobachtungen sind auch extrem wichtig, um Theorien über die Planetenentstehung zu überprüfen, die bisher nicht getestet werden konnten“, sagt Jaehan Bae, ein Forscher vom Earth and Planets Laboratory der Carnegie Institution for Science, USA, und Autor der Studie.
Exoplanet PDS 70c umkreist einen Stern
PDS 70 c ist ein Exoplanet, der den Stern PDS 70 umkreist. Er befindet sich etwa 370,0 Lichtjahre (113,4 pc) vom Sonnensystem entfernt. PDS 70 c wurde 2019 entdeckt. PDS 70 ist ein sehr junger T Tauri Stern im Sternbild Centaurus.
Wie Planeten entstehen
Planeten bilden sich in staubhaltigen Scheiben um junge Sterne. Dabei graben sie Lücken hinein, während sie Material aus dieser zirkumstellaren Scheibe für ihr Wachstum aufzehren. Während dieses Prozesses können Planeten eine eigene zirkumplanetare Scheibe ausbilden, die das Objekt wachsen lässt. Währenddessen wird die Menge an Material reguliert, die auf den Planeten fällt.
Gas und Staub in der zirkumplanetaren Scheibe können sich parallel durch mehrfache Kollisionen zu immer größeren Gebilden verdichten – das führt zur Geburt von Monden.
Astronomen stehen immer noch vor einem Rätsel
Mit dieser neuen Erkenntnis haben sich aber noch nicht alle Details dieser Prozesse entschlüsselt.
„Kurz gesagt, es ist immer noch unklar, wann, wo und wie sich Planeten und Monde bilden“, erklärt ESO Research Fellow Stefano Facchini.
„Mehr als 4000 Exoplaneten wurden bisher gefunden, aber alle von ihnen wurden in entwickelten Systemen entdeckt. PDS 70b und PDS 70c, die ein System bilden, das an das Jupiter-Saturn-Paar erinnert, sind die einzigen beiden bisher entdeckten Exoplaneten, die sich noch im Entstehungsprozess befinden“, erklärt Miriam Keppler, Forscherin am Max-Planck-Institut für Astronomie in Deutschland und eine der Co-Autoren der Studie.
„Dieses System bietet uns daher eine einzigartige Möglichkeit, die Prozesse der Entstehung von Planeten und natürlichen Satelliten zu beobachten und zu studieren“, ergänzt Facchini.
Erste Entdeckung bereits 2018
PDS 70b und PDS 70c, die beiden Planeten, aus denen das System besteht, wurden erstmals 2018 und 2019 mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO entdeckt. Aufgrund ihrer Einzigartigkeit werden sie seither vielfach mit Teleskopen beobachtet.
Die Astronomen fanden durch die ALMA-Aufnahmen auch heraus, dass PDS 70b keine eindeutigen Hinweise auf eine solche Scheibe zeigt. Das weist wiederum daraufhin, dass ihm PDS 70c das Staubmaterial aus seiner Geburtsumgebung entzogen hat.
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Weitere Erkenntnisse des Planetensystems sollen mit dem Extremely Large Telescope (ELT) der ESO gewonnen werde. Es wird aktuell auf dem Cerro Armazones in der chilenischen Atacama-Wüste gebaut.
„Das ELT wird der Schlüssel für diese Forschung sein, da es uns mit seiner viel höheren Auflösung ermöglichen wird, das System sehr detailliert zu kartieren“, sagt Co-Autor Richard Teague, Forscher am Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, USA.
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