Forschung

Wie erdähnliche Planeten entstehen

21.01.2021 - Wirbel am inneren Rand einer planetenbildenden Scheibe aufgespürt.

Die Entstehung von Planeten in der Nähe ihrer Zentral­sterne durch Beobach­tungen zu erforschen, war bisher eine große Heraus­forderung. Innerhalb einer inter­natio­nalen Zusammen­arbeit haben Wissen­schaftler des MPI für Astro­nomie in Heidel­berg ein neues Instru­ment namens MATISSE ein­ge­setzt, das jetzt Hinweise auf einen Wirbel am inneren Rand einer planeten­bildenden Scheibe um einen jungen Stern gefunden hat. Er scheint sich auf einer Umlauf­bahn um seinen Stern zu bewegen. Astro­nomen gehen davon aus, dass solche Wirbel Orte sind, an denen kleine Teilchen zusammen­strömen und wachsen, um die Bausteine von Planeten zu produzieren.

Der Wirbel zeigte sich in den Beobach­tungen Scheibe des jungen Sterns HD 163296 mit dem „Multi Aperture Mid-Infrared Spectro­scopic Experi­ment“ am Very Large Tele­scope Inter­fero­meter der Europä­ischen Süd­stern­warte ESO in Chile als heißer Fleck, der eine Asymmetrie am inneren Rand der Scheibe erzeugt. Unter Einbe­ziehung veröffent­lichter Daten schlossen die Wissen­schaftler, dass er den Stern etwa inner­halb eines Monats umkreist. Theoretische Berech­nungen sagen das Auftreten von Wirbeln in Scheiben voraus, in denen Material wie ein Tornado herum­wirbelt und Staub anhäuft.

„Die höhere Staubdichte bewirkt ein schnelleres Wachstum der Staub­körner als irgendwo sonst in der Scheibe. Das könnte diese Wirbel zu effi­zienten Fabriken für die Herstel­lung der Bausteine zukünftiger Planeten machen“, erklärt Roy van Boekel, der das MATISSE-Projekt am MPIA managt. Einige der neu gebildeten Fels­brocken kolli­dieren unter hohen Geschwin­dig­keiten, wodurch das Material zu winzigen Körnern zermahlen wird. Diese können höhere Tempera­turen erreichen als größere Steinchen, was der wahr­schein­liche Ursprung des in den Daten gefundenen heißen Flecks ist.

Das MPIA hat zu einem inter­natio­nalen Konsortium beige­tragen, das MATISSE entworfen und gebaut hat. Am MPIA wurden die empfind­lichen Optiken in einen Kryo­staten inte­griert, der sie auf -235° C herunter­kühlt. Die anschließenden Tief­temperatur-Leistungs­tests wurden eben­falls am MPIA durch­geführt. MATISSE kombiniert das von bis zu vier einzelnen VLTI-Tele­skopen gesammelte Licht und führt spektro­skopische und bild­gebende Beobach­tungen durch. Damit simuliert die Anlage die Abbildungs­leistung eines Teleskops mit einem Durch­messer von bis zu zwei­hundert Metern und ist in der Lage, die detail­lier­testen Bilder zu erzeugen, die es je im mittleren Infra­rot­bereich gab.

„Wir haben MATISSE bewusst dafür entworfen, die inneren Zonen von planeten­bildenden Scheiben zu erforschen, die bisher mit den verfüg­baren astro­nomischen Instru­menten nicht zugänglich waren“, betont Thomas Henning, Direktor am MPIA und einer der leitenden Wissen­schaftler des MATISSE-Programms. „Die Entdeckung eines poten­ziellen Wirbels in der Scheibe von HD 163296 zeigt, dass wir die Prozesse unter­suchen können, die erd­ähn­liche Planeten in geringen Abständen vom Mutter­stern erzeugen.“

MPIA / RK

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