Entstehen Planeten als Linsen und nicht kugelförmig?

Die Simulation eines jungen Planeten von oben betrachtet (l.) und (r.) in einer Seitenansicht (Illu.). Copyright/Quelle: Fenton u. Stamatellos, ArXiv 2024
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Die Simulation eines jungen Planeten von oben betrachtet (l.) und (r.) in einer Seitenansicht (Illu.).Copyright/Quelle: Fenton u. Stamatellos, ArXiv 2024

Die Simulation eines jungen Planeten von oben betrachtet (l.) und (r.) in einer Seitenansicht (Illu.).
Copyright/Quelle: Fenton u. Stamatellos, ArXiv 2024

Preston (Großbritannien) – Um es vorweg zu nehmen: Nein, diese Meldung eignet sich nicht als Beweis für die Idee, die Erde sei eine Scheibe. Dennoch offenbart eine neue Studie, dass Planeten, nicht wie bislang geglaubt, schon kugelförmig entstehen, sondern sich anfänglich eher linsenförmig bilden. Das hat bedeutende Konsequenzen für unser Wissen über die Entstehung von Planeten allgemein.

Wie Dr. Adam Fenton und Dr. Dimitris Stamatellos vom Jeremiah Horrocks Institute for Mathematics, Physics and Astronomy an der University of Central Lancashire (UCLan) vorab via ArXiv.org (DOI: 10.48550/arxiv.2402.01432) und in einer zukünftigen Ausgabe des Fachjournals „Astronomy & Astrophysics Letters“ berichten, haben sie die Entstehung von Gasriesen auf der Grundlage des Gravitations-Instabilitäten-Modells mit Supercomputern berechnet und simuliert.

Hintergrund
Derzeit konkurrieren zwei Modelle zur Planetenentstehung: Das Modell der Kernakkretion geht davon aus, dass Planeten ähnlich wie Staubpartikel über lange Zeiträume hinweg zu immer größeren Objekten zusammenkleben. Das Gravitations-Instabilitäten-Modell bzw. Scheibeninstabilitätsmodell hingegen vermutet, dass Planeten durch das Aufbrechen großer rotierender protostellarer Scheiben um junge Sterne in vergleichsweise kurzen Zeiträumen entstehen. Werden bestimmte Kriterien erfüllt, beginnt demnach die protoplanetare Scheibe, gravitativ instabil zu werden. Dies führt zunächst einmal dazu, dass sich Spiralarme ausbilden und sich das Gas lokal stark verdichtet. Im Extremfall werden die Gasklumpen durch die Selbstgravitation dominiert und fallen zu Gasgiganten zusammen. Das Gravitations-Instabilitäten-Modell besitzt gegenüber dem Kernakkretionsmodell den Vorteil, dass ein Gasgigant relativ rasch entsteht. Zudem erklärt es ohne Weiteres, wieso einzelne Exoplaneten dermaßen exzentrische Bahnen aufweisen.

Computersimulation der Planetenentstehung innerhalb der protostellaren Scheibe (Illu.).Copyright/Quelle: Fenton u. Stamatellos, ArXiv 2024

Computersimulation der Planetenentstehung innerhalb der protostellaren Scheibe (Illu.).
Copyright/Quelle: Fenton u. Stamatellos, ArXiv 2024

Für die beiden Autoren der aktuelle Studie erscheint das Gravitations-Instabilitäten-Modell zutreffend, da auf diese Weise eine vergleichsweise schnelle Entstehung von großen Planeten auch weit vom Stern entfernt und damit die bereits beobachtete große Vielfalt an entdeckten Exoplaneten besser erklärt werden kann.

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Das Ergebnis der Simulationen erstaunte selbst die Autoren: „Bislang hatten wir immer angenommen, dass Planeten bereits kugelförmig entstehen“, erläutert Stamatellos. „Wir waren sehr überrascht, als sich zeigte, dass sie stattdessen aber eher als abgeflachte Spheroide entstehen, die eher wie Smarties aussehen.“

Sollten zukünftige Beobachtungen die Ergebnisse der aufwendigen Simulationen bestätigen, könnte diese abgeflachte Form junger Planeten die kritische Frage nach der Entstehung von Planeten beantworten und auf das derzeit weniger bevorzugte Scheibeninstabilitätsmodell und nicht auf die Standardplanetenbildungstheorie der Kernakkretion hinweisen.

Zudem legen die Simulationen nahe, dass neue Planeten wachsen, wenn Material auf sie fällt, vorwiegend von ihren Polen und nicht von ihren Äquatoren. Diese Beobachtung hätte wiederum wichtige Auswirkungen auf die Beobachtung junger Planeten, da sie darauf schließen lassen, dass die Art und Weise, wie Planeten durch ein Teleskop erscheinen, vom Betrachtungswinkel abhängt. Solche Beobachtungen junger Planeten sind wichtig, um den Mechanismus der Planetenentstehung zu verstehen.

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Recherchequelle: ArXiv.org

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