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ALMA entdeckt Planetenbaustelle

Neue Hinweise auf junge Planeten in Staubscheiben um junge Sterne

16. Dezember 2015

Mit Hilfe des Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) haben Astronomen jetzt die bisher konkretesten Hinweise gefunden, dass sich in den Scheiben aus Gas und Staub um vier junge Sterne erst k��rzlich Planeten mit mehreren Jupitermassen gebildet haben. Messungen des die Sterne umgebenden Gases haben au�?erdem weitere Hinweise zur Beschaffenheit dieser Planeten geliefert.

Planeten findet man fast um jeden Stern, aber die Astronomen verstehen noch nicht vollst�?ndig wie �?? und unter welchen Umst�?nden �?? sie sich bilden. Um solche Fragen beantworten zu k��nnen, untersuchen sie die rotierenden Scheiben aus Gas und Staub, die es um junge Sterne gibt und aus denen Planeten entstehen. Diese Scheiben sind jedoch klein und weit von der Erde entfernt. Man braucht daher die Leistungsf�?higkeit von ALMA, um ihren Geheimnissen auf die Spur zu kommen.

Eine bestimmte Art von Scheiben, die man als �?bergangsscheiben (engl: transitional discs) bezeichnet, ��berrascht durch die Abwesenheit von Staub in ihrem Zentrum, also in der Region unmittelbar um den Stern. Es gibt zwei Erkl�?rungsversuche f��r diese merkw��rdigen L��cken: Zum einen k��nnten starke Sternwinde und intensive Strahlung das umgebende Material weggeblasen oder zerst��rt haben [1], zum anderen k��nnten massereiche junge Planeten bei ihrer Entstehung das Material auf ihrer Bahn um den Stern entfernt haben [2].

Die unvergleichliche Empfindlichkeit und Abbildungssch�?rfe von ALMA haben jetzt dem Team um den Astronomin Nienke van der Marel von der Sterrewacht Leiden in den Niederlanden erm��glicht, die Verteilung von Gas und Staub in vier dieser �?bergangsscheiben besser als je zuvor abzubilden [3]. Das wiederum hat ihnen erstmals erlaubt, eine Entscheidung zwischen den beiden Erkl�?rungsversuchen f��r die Staubl��cken zu treffen.

Die neuen Bilder zeigen, dass es in den Staubl��cken eine signifikante Menge an Gas gibt [4]. Aber zur �?berraschung des Teams weist das Gas ebenfalls eine L��cke auf, jedoch bis zu dreimal kleiner als die Staubl��cke.

Das l�?sst sich nur mit dem Szenario erkl�?ren, bei dem frisch entstandene massive Planeten das Gas aus ihrer jeweiligen Umlaufbahn entfernt, jedoch die Staubpartikel weiter au�?en eingefangen haben [5].

�??Schon fr��here Beobachtungen haben die Anwesenheit von Gas innerhalb der Staubl��cken vermuten lassen�??, erkl�?rt Nienke van der Marel. �??Aber da ALMA die Materie der gesamten Scheibe in viel feinerem Detail zeigen kann als anderen Observatorien, konnten wir das Alternativszenario ausschlie�?en. Die tiefe L��cke weist klar auf die Anwesenheit von Planeten mit mehreren Jupitermassen hin. Sie erzeugen diese Teilungen an den Stellen, wo sie durch die Scheibe pfl��gen.�??

Erstaunlicherweise wurden diese Beobachtungen mit nur einem Zehntel des heutigen Aufl��sungsverm��gens von ALMA gemacht, da sie durchgef��hrt wurden, als die H�?lfte des Arrays auf dem Chajnantorplateau im Norden Chiles noch im Bau war.

Jetzt sind weitere Beobachtungen erforderlich, um zu sehen, ob auch andere �?bergangsscheiben auf das Planeten-Aufsammel-Szenario hindeuten. W�?hrend dessen haben die ALMA Beobachtungen schon jetzt den Astronomen wertvolle Einsichten in die komplexen Prozesse der Planeten-Entstehung geliefert.

�??Alle �?bergangsscheiben mit gro�?en Staubl��cken, die bisher untersucht worden sind, haben auch gro�?e Gasl��cken. Daher k��nnen wir jetzt mit ALMA herausfinden, wo und wann gro�?e Gasplaneten in diesen Scheiben geboren werden. Dann k��nnen wir diese Ergebnisse mit den Planetenbildungsmodellen vergleichen�??, erl�?utert Ewine von Dishoeck, ebenfalls von der Sterrewacht Leiden und dem Max-Planck-Institut f��r extraterrestrische Physik in Garching [6]. �??Der direkte Nachweis von Planeten ist fast in der Reichweite unserer heutigen Instrumente und die n�?chste Generation von Teleskopen, wie das European Extremely Large Telescope, werden in der Lage sein, viel weiter zu gehen. ALMA zeigt uns die Stellen, wo wir hinschauen m��ssen.�??

Endnoten

[1] Der Prozess, der den Staub und das Gas von innen her leer fegt, wird als Photoevaporation bezeichnet.

[2] Solche Planeten sind schwierig direkt zu beobachten (eso1310) und fr��here Studien im Millimeterwellenbereich (eso1325) haben kein scharfes Bild der inneren, planetenbildenden Bereiche geliefert, wo diese unterschiedlichen Erkl�?rungsversuche auf die Probe gestellt werden k��nnten. Andere Studien (eso0827) konnten nicht den Hauptanteil des Gases in diesen Scheiben messen.

[3] Die vier Objekte dieser Untersuchungen waren: SR 21, HD 135344B (auch als SAO 206462 bezeichnet), DoAr 44 und Oph IRS 48.

[4] Das Gas von �?bergangsscheiben besteht in erster Linie aus Wasserstoff und kann durch die Beobachtung von Kohlenstoffmonoxidmolek��len (CO) nachgewiesen werden.

[5] Der Prozess der Staubfallen wurde bereits in einer fr��heren Pressemitteilung (eso1325) erl�?utert.

[6] Andere Beispiele sind die �?bergangsscheiben von HD 142527 (eso1301 und hier) und J1604-2130.

Weitere Informationen

Die hier pr�?sentierten Forschungsergebnisse von N. van der Marel, et al. erscheinen im Dezember 2015 unter dem Titel �??Resolved gas cavities in transitional disks inferred from CO isotopologs with ALMA�?? in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics

Die beteiligten Wissenschaftler sind N. van der Marel (Universiteit Leiden, Niederlande; Institute for Astronomy, University of Hawaii, Honolulu, USA), E. F. van Dishoeck (Universiteit Leiden, Niederlande; Max-Planck-Institut f��r Extraterrestrische Physik, Garching), S. Bruderer (Max-Planck-Institut f��r Extraterrestrische Physik, Garching), S. M. Andrews (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Massachusetts, USA), K. M. Pontoppidan (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, USA), G. J. Herczeg (Universit�?t Peking, Beijing, China), T. van Kempen (Universiteit Leiden, Niederlande) und A. Miotello (Universiteit Leiden, Niederlande).

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