Detaillierter Blick in eine planetare Kinderstube

Teil einer Scheibe aus Gas und Staub kollabiert zu einem großen Planeten

In der Scheibe aus Gas und Staub um den jungen Stern GM Aurigae entsteht vermutlich gerade ein großer Gasplanet. Das zeigen Beobachtungen und Modellrechnungen eines internationalen Forscherteams. Die Astronomen gelang es, anhand ihrer Daten die Dichte und die Temperatur in der Scheibe in Abhängigkeit von der Entfernung zum Stern zu bestimmen. In einer äußeren Region der Scheibe könnten demnach die Bedingungen für die Entstehung eines Planeten gegeben sein, berichten die Wissenschaftler im Fachblatt „Astrophysical Journal Supplement“.

„Die Region im 70- bis 100-fachen Abstand Erde-Sonne vom Stern ist an der Grenze zur Instabilität“, schreiben Kamber Schwarz vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg und ihre Kollegen. Dieser Bereich stimmt mit einem im Infrarotbereich sichtbaren Staubring überein. Der Staub schirmt das Gas in dieser Region teilweise vor der Strahlung des Sterns ab. Dadurch sei das Gas kühler und könne sich zu einem großen Planeten zusammenziehen, so die Forscher.

Das Astronomenteam beobachtete den 520 Lichtjahre entfernten Stern und die ihn umgebende protoplanetare Scheibe aus Gas und Staub mit der internationalen Radioteleskop-Anlage ALMA in Chile und dem europäischen Infrarot-Weltraumteleskop Herschel. Beide Instrumente sind besonders gut zur Beobachtung der Entstehung von Planeten geeignet. Eine besondere Herausforderung ist es herauszufinden, wann und wie die Entstehung von Planeten in einer protoplanetaren Scheibe einsetzt.

Schwarz und ihre Kollegen haben im Rahmen eines größeren Projekts mit ALMA und Herschel die Strahlung von Wasserstoff- und Kohlenmonoxid-Molekülen aus der Scheibe um GM Aurigae gemessen, um so die Dichte und die Temperatur des Gases zu bestimmen. Denn diese beiden Größen entscheiden darüber, ob die Scheibe lokal stabil ist oder nicht: Je höher die Dichte und umso geringer die Temperatur, desto eher kann das Gas sich durch seine eigene Gravitation zusammenziehen, sich verdichten und schließlich einen Planeten bilden.

Aus den so gewonnenen Daten konstruierten die Wissenschaftler dann ein physikalisches Modell der Scheibe. Daraus ergab sich eine – für die Astronomen überraschend große – Gesamtmasse von 0,2 Sonnenmassen für die Scheibe um GM Aurigae. Die Temperatur nimmt durch die Strahlung des jungen Sterns von außen nach innen zu, mit Ausnahme des kühleren Rings. Hier könnte der gravitative Kollaps zu einem großen Gasplaneten bereits begonnen haben.

Das Modell der Forscher hat allerdings noch eine Schwäche: Es ist – um die Berechnungen zu vereinfachen – symmetrisch zur Rotationsachse der Scheibe. Es lässt daher keine Abweichungen von der generellen Eigendrehung der Scheibe zu, wie sie durch einen gravitativen Kollaps auftreten. Mithilfe weiterer Beobachtungen wollen Schwarz und ihr Team deshalb die instabile Region genauer unter die Lupe nehmen und daraus ein verfeinerte Modell entwickeln. Damit sollte sich dann definitiv zeigen, ob dort bereits ein Planet entsteht und in welchem Stadium dieser Prozess ist.

Bildquelle: M.Weiss/Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian

Autor: Rainer KayserE-Mail: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!