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ALMA macht Gasstr��me bei der Planetenentstehung sichtbar

Faszinierende Anzeichen f��r das Wachstum von Gasplaneten durch gro��e Gasstr��me

2. Januar 2013

Astronomen haben mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) erstmals direkt beobachten k��nnen, wie ausgedehnte Gasstr��me eine L��cke in der Materiescheibe um einen jungen Stern ��berwinden. Der Theorie nach sollten derartige Gasstr��me w��hrend der Wachstumsphase von Gasplaneten entstehe. Dies ist ein Schl��sselstadium bei der Geburt der Gasriesen. Die Beobachtungen werden am 2. Januar 2013 in der Fachzeitschrift Nature publiziert.

Ein internationales Astronomenteam untersuchte den jungen Stern HD 142527, der ��ber 450 Lichtjahre von der Erde entfernt und von einer Scheibe aus kosmischem Gas und Staub umgeben ist ��� den ��berbleibseln der Wolke, aus der er entstanden ist. Die Staubscheibe ist durch eine L��cke in einen inneren und einen ��u��eren Teil gegliedert. Die L��cke wurde vermutlich von in der Entstehung befindlichen Gasplaneten erzeugt, die w��hrend ihrer Umlaufbewegung um den Stern ihre Umgebung freir��umen. Der innere Bereich der Scheibe reicht vom Stern bis zu einer Entfernung, die in unserem Sonnensystem der Umlaufbahn des Saturn entspricht, w��hrend der ��u��ere Teil der Scheibe erst in der 14-fachen Entfernung weiter au��en beginnt. Der ��u��ere Bereich umgibt den Stern nicht gleichm���ig, sondern hat die Form eines Hufeisens, was wahrscheinlich durch den Einfluss der Schwerkraft der Gasriesen zustande gekommen ist.

Der Theorie der Planetenentstehung nach wachsen Gasplaneten durch Gas aus den Au��enbereichen der Scheibe, das einzelne Str��me bildet, die dann die L��cke ��berbr��cken.

���Astronomen hatten berechnet, dass es solche Gasstr��me geben m��sste, aber wir waren die ersten, die sie auch wirklich direkt beobachten konnten���, erl��utert Simon Casassus von der Universidad de Chile, der die Studie geleitet hat. ���Mithilfe von ALMA sind wir in der Lage, Licht in das Dunkel der Planetenentstehung zu bringen und die Theorien durch Beobachtungen zu ��berpr��fen.���

Casassus und sein Team nutzten ALMA, um das Gas und den Staub rund um den Stern zu untersuchen. Dabei gelang es ihnen, mehr Details in unmittelbarer Umgebung des Sterns zu sehen als es mit Teleskopen dieser Art jemals zuvor m��glich war. Die ALMA-Beobachtungen bei Submillimeterwellenl��ngen werden au��erdem nicht wie im Infraroten oder im sichtbaren Licht durch das helle Leuchten des Sterns beeintr��chtigt. Zwar war die L��cke in der Staubscheibe bereits zuvor bekannt, aber die Wissenschaftler entdeckten diffuses Gas, das in der L��cke verblieben war und zwei dichtere Gasstr��me aus dem ��u��eren Bereich der Scheibe, die ��ber die L��cke in den inneren Teil flie��en.

���Wir gehen davon aus, dass sich im Inneren der Scheibe Gasriesen verbergen, die jeweils einen dieser Str��me verursachen. Diese Planeten wachsen, indem sie sich das Gas aus dem ��u��eren Teil der Scheibe einverleiben. Allerdings sind sie sehr unordentliche Esser: Ein Teil des Gases str��mt an ihnen vorbei in den inneren Bereich der Scheibe um den Stern���, erkl��rt Sebasti��n P��rez, ein Mitglied des Teams, ebenfalls von der Universidad de Chile.

Die Beobachtungen helfen auch bei der Beantwortung einer weiteren Frage bez��glich der Scheibe um HD 142527. Da sich der Stern selbst immer noch in der Entstehungsphase befindet und st��ndig Material aus dem inneren Teil der Scheibe abzieht, m��sste diese sich schon l��ngst aufgel��st haben, wenn es keinen Prozess g��be, der ihr neues Material zuf��hrt. Die Astronomen haben herausgefunden, dass die Rate, mit der das an den Planeten vorbeistr��mende Gas in die innere Scheibe flie��t, genau richtig ist, um den Verlust durch das Wachstum des Sterns zu ersetzen.

Erstmalig wurde auch diffuses Gas in der L��cke entdeckt. ���Lange haben Astronomen nach diesem Gas gesucht, aber bisher gab es nur indirekte Hinweise auf seine Existenz. Mit ALMA k��nnen wir es nun direkt sehen���, erg��nzt Gerrit van der Plas, ein weiteres Mitglied des Teams von der Universidad de Chile.

Das ��briggebliebene Gas ist ein weiterer Hinweis darauf, dass die Str��me von Gasriesen verursacht werden und nicht von noch gr����eren Objekten, wie zum Beispiel Begleitsternen. ���Ein zweiter Stern in dem System h��tte die L��cke von s��mtlichen Gasresten befreit. Durch die Bestimmung der Menge des ��brig gebliebenen Gases waren wir in der Lage, die Massen der Objekte einzugrenzen, die die L��cke freir��umen���, f��gt P��rez hinzu.

Wo aber sind die Planeten selbst? Casassus erkl��rt, dass er nicht ��berrascht ist, dass das Wissenschaftlerteam sie nicht direkt beobachten konnte. ���Wir haben mit den modernsten Infrarotinstrumenten an anderen Teleskopen nach den Planeten gesucht. Wir vermuten jedoch, dass sie sehr tief in den nahezu undurchsichtigen Gasstr��men verborgen sind. Die Chancen, sie direkt beobachten zu k��nnen, sind daher vermutlich sehr klein.���

Durch genauere Untersuchungen der Gasstr��me und des diffusen Gases m��chten die Astronomen aber dennoch mehr ��ber die Planeten herausfinden. ALMA befindet sich noch im Aufbau und hat seine volle Leistungsf��higkeit noch nicht erreicht. Wenn der Teleskopverbund fertiggestellt ist, wird sein Aufl��sungsverm��gen noch gr����er sein. Neue Beobachtungen der Str��me werden es den Forschern dann vielleicht erm��glichen, die genauen Eigenschaften der Planeten, wie zum Beispiel ihre Massen, zu bestimmen.

Weitere Informationen

Die hier vorgestellten Forschungsergebnisse erscheinen am 2. Januar 2013 unter dem Titel ���Flows of gas through a protoplanetary gap��� in der Fachzeitschrift Nature.

Die beteiligten Wissenschaftler sind S. Casassus (Universidad de Chile; Millennium Nucleus for Protoplanetary Disks - Wirtschaftsministerium der chilenischen Regierung), G. van der Plas (Universidad de Chile), S. P��rez M. (Universidad de Chile), W. R. F. Dent (Joint ALMA Observatory; ESO Chile), E. Fomalont (NRAO, USA), J. Hagelberg (Observatoire de Gen��ve, Schweiz), A. Hales (Joint ALMA Observatory; NRAO), A. Jord��n (Pontificia Universidad Cat��lica de Chile), D. Mawet (ESO Chile), F. M��nard (CNRS / INSU, Frankreich; Universidad de Chile; CNRS / UJF Grenoble, Frankreich), A. Wootten (NRAO), D. Wilner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), A. M. Hughes (U. C. Berkeley, USA), M. R. Schreiber (Universidad Valparaiso, Chile), J. H. Girard (ESO Chile), B. Ercolano (Ludwig-Maximillians-Universit��t M��nchen), H. Canovas (Universidad Valparaiso), P. E. Rom��n (Universidad de Chile), V, Salinas (Universidad de Chile).

Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ist eine internationale astronomische Einrichtung, die gemeinsam von Europa, Nordamerika und Ostasien in Zusammenarbeit mit der Republik Chile getragen wird. Von europ��ischer Seite aus wird ALMA ��ber die Europ��ische S��dsternwarte (ESO) finanziert, in Nordamerika von der National Science Foundation (NSF) der USA in Zusammenarbeit mit dem kanadischen National Research Council (NRC) und dem taiwanesischen National Science Council (NSC), und in Ostasien von den japanischen National Institutes of Natural Sciences (NINS) in Kooperation mit der Academia Sinica (AS) in Taiwan. Bei Entwicklung, Aufbau und Betrieb ist die ESO federf��hrend f��r den europ��ischen Beitrag, das National Radio Astronomy Observatory (NRAO), das seinerseits von Associated Universities, Inc. (AUI) betrieben wird, f��r den nordamerikanischen Beitrag und das National Astronomical Observatory of Japan f��r den ostasiatischen Beitrag. Dem Joint ALMA Observatory (JAO) obliegt die ��bergreifende Projektleitung f��r den Aufbau, die Inbetriebnahme und den Beobachtungsbetrieb von ALMA.

Die Europ��ische S��dsternwarte ESO (European Southern Observatory) ist die f��hrende europ��ische Organisation f��r astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch ihre 15 Mitgliedsl��nder: Belgien, Brasilien, D��nemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Italien, die Niederlande, ��sterreich, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz, die Tschechische Republik und das Vereinigte K��nigreich. Die ESO erm��glicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsf��hige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der F��rderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine ma��gebliche Rolle. Die ESO betreibt drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Nordchile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsf��higste Observatorium f��r Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts und zwei Teleskope f��r Himmelsdurchmusterungen: VISTA, das gr����te Durchmusterungsteleskop der Welt, arbeitet im Infraroten, w��hrend das VLT Survey Telescope (VST) f��r Himmelsdurchmusterungen ausschlie��lich im sichtbaren Licht konzipiert ist. Die ESO ist der europ��ische Partner f��r den Aufbau des Antennenfelds ALMA, das gr����te astronomische Projekt ��berhaupt. Derzeit entwickelt die ESO ein Gro��teleskop mit 39 Metern Durchmesser f��r Beobachtungen im Bereich des sichtbaren und Infrarotlichts, das einmal das gr����te optische Teleskop der Welt werden wird: das European Extremely Large Telescope (E-ELT).

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