Teleskop zeigt Planetensystem-Entstehung im Knick

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Teleskopaufnahme der Scheibe um den jungen Stern AB Aurigae, in der Astronomen Anzeichen einer Planetengeburt entdeckt haben. Copyright: ESO/Boccaletti et al.

Teleskopaufnahme der Scheibe um den jungen Stern AB Aurigae, in der Astronomen Anzeichen einer Planetengeburt entdeckt haben.
Copyright: ESO/Boccaletti et al.

Paris (Frankreich) – Beobachtungen mit dem „Very Large Telescope“ (VLT) der Europäischen Südsternwarte der ESO offenbaren deutliche Anzeichen für die Entstehung eines Planetensystems. Das beobachtete Merkmal könnte der erste direkte Beweis für die Entstehung eines Planeten sein.

Wie das Team um Anthony Boccaletti vom Observatoire de Paris und der Universität PSL, im Fachjournal „Astronomy & Astrophysics“ berichtet, liegt den jungen Stern AB Aurigae eine dichte Scheibe aus Staub und Gas, in der Astronomen eine markante Spiralstruktur mit einem “Knick” entdeckt haben. Es ist dieser Knick, an dem die Astronomen jenen Ort vermuten, an dem sich möglicherweise ein Planet und damit ein Planetensystem um den Stern bildet.

„Tausende von Exoplaneten wurden bisher identifiziert, aber es ist wenig darüber bekannt, wie sie sich bilden“, erläutert Boccaletti. „Astronomen wissen, dass Planeten in staubigen Scheiben geboren werden, die junge Sterne umgeben, wenn kaltes Gas und Staub zusammenklumpen, so wie AB Aurigae.“ Die neuen VLT-Beobachtungen liefern entscheidende Hinweise, die den Wissenschaftlern helfen, diesen Prozess besser zu verstehen. „Wir müssen sehr junge Systeme beobachten, um den Moment zu erfassen, in dem sich Planeten bilden“, führt Boccaletti weiter aus. Doch bisher waren die Astronomen nicht in der Lage, ausreichend scharfe und tiefe Bilder dieser jungen Scheiben aufzunehmen, um den „Knick“ zu finden, der die Stelle markiert, an der ein Planet entstehen könnte.

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Die neuen Bilder zeigen nun eine beeindruckende Spirale aus Staub und Gas um AB Aurigae, der sich 520 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Auriga (Fuhrmann) befindet. Spiralen dieser Art signalisieren die Existenz von „Baby-Planeten“, die das Gas „anschubsen“ und dabei „Störungen in der Scheibe in Form einer Welle erzeugen, ähnlich dem Kielwasser eines Bootes auf einem See“, erklärt Emmanuel Di Folco vom Laboratoire Astrophysical Bordeaux (LAB), der ebenfalls an der Studie beteiligt war. Während sich der Planet um den Zentralstern dreht, wird diese Welle zu einem Spiralarm geformt. Die sehr helle, gelbe „Knick-Zone“ in der Nähe des Zentrums der neuen Aufnahme von AB Aurigae, ungefähr so weit vom Stern entfernt wie Neptun von unserer Sonne, ist einer dieser Störherde, an denen nach Ansicht des Teams ein Planet entsteht.

Schon Beobachtungen des AB Aurigae-Systems, die vor einigen Jahren mit der „Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array“ (ALMA) durchgeführt wurden, lieferten erste Hinweise auf die fortschreitende Planetenbildung im Umfeld des Sterns. In den ALMA-Bildern entdeckten die Wissenschaftler zwei Spiralarme aus Gas in der Nähe des Sterns, die im inneren Bereich der Scheibe liegen. Dann, 2019 und Anfang 2020, machten sich Boccaletti und ein Team von Astronomen aus Frankreich, Taiwan, den USA und Belgien daran, ein deutlicheres Bild zu erhalten, indem sie das Instrument SPHERE am VLT in Richtung des Sterns ausrichteten. Die SPHERE-Bilder sind die bisher tiefsten Bilder des AB-Aurigae-Systems.

Die Bilder des AB Aurigae-Systems zeigen die Scheibe um das System herum. Das Bild rechts ist eine vergrößerte Version des Bereichs, der durch ein rotes Quadrat auf dem Bild links angezeigt wird. Es zeigt den inneren Bereich der Scheibe, einschließlich des sehr hellgelben "Knicks" (weiß eingekreist), der nach Ansicht der Wissenschaftler die Stelle markiert, an der sich ein Planet bildet. Diese Biegung liegt etwa in der gleichen Entfernung vom Stern AB Aurigae wie Neptun von der Sonne. Der blaue Kreis stellt die Größe der Umlaufbahn von Neptun dar. Copyright: ESO/Boccaletti et al.

Die Bilder des AB Aurigae-Systems zeigen die Scheibe um das System herum. Das Bild rechts ist eine vergrößerte Version des Bereichs, der durch ein rotes Quadrat auf dem Bild links angezeigt wird. Es zeigt den inneren Bereich der Scheibe, einschließlich des sehr hellgelben “Knicks” (weiß eingekreist), der nach Ansicht der Wissenschaftler die Stelle markiert, an der sich ein Planet bildet. Diese Biegung liegt etwa in der gleichen Entfernung vom Stern AB Aurigae wie Neptun von der Sonne. Der blaue Kreis stellt die Größe der Umlaufbahn von Neptun dar.
Copyright: ESO/Boccaletti et al.

Mit dem leistungsstarken Bildgebungssystem von SPHERE konnten die Astronomen das schwächere Licht von kleinen Staubkörnern und Emissionen sehen, die von der inneren Scheibe ausgehen. Sie bestätigten das Auftreten der Spiralarme, die zuerst von ALMA entdeckt wurden, und entdeckten auch ein weiteres bemerkenswertes Merkmal, einen „Knick“, der auf die laufende Entstehung von Planeten in der Scheibe hinweist.

„Dieser Vorgang wird von einigen theoretischen Modellen zur Planetenentstehung erwartet“, sagt Co-Autorin der Studie, Anne Dutrey, ebenfalls am LAB tätig. „Er stellt die Verbindung zweier Spiralen dar. Eine Spirale windet sich von der Umlaufbahn des Planeten nach innen, die andere dehnt sich nach außen aus und verbindet sich am Ort des Planeten. Sie sorgen dafür, dass sich Gas und Staub von der Scheibe auf dem sich bildenden Planeten ansammeln und ihn wachsen lassen.“

Die ESO baut das 39-Meter-Teleskop „Extremely Large Telescope“, das sich auf die bahnbrechenden Arbeiten von ALMA und SPHERE zur Untersuchung extrasolarer Welten stützen wird. Wie Boccaletti abschließend erklärt, wird dieses leistungsstarke Teleskop es den Astronomen ermöglichen, noch detailliertere Ansichten von Planeten zu erhalten, die sich im Entstehen befinden: „Damit und dann sollten wir in der Lage sein, direkt und genauer zu sehen, wie die Dynamik des Gases zur Entstehung von Planeten beiträgt.“

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Quelle: ESO

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