Astronomen beobachten die Anfänge eines neuen Planetensystems

Ein rund 1300 Lichtjahre von uns entfernter Protostern hat Astronomen erste Einblicke in das Frühstadium eines neuen Planetensystems geliefert – den Zeitpunkt, an dem erste Staubkörnchen aus der stellaren Urwolke auskristallisieren. Die Aufnahmen des James-Webb-Teleskops und des ALMA-Radioobservatoriums zeigen die Spektralsignatur von noch gasförmigem Siliziumoxid im Innenbereich der protoplanetaren Scheibe. Weiter außen, im Abstand von rund 2,2 astronomischen Einheiten vom Stern, sind jedoch bereits kristalline Silikatkörnchen nachweisbar. Sie repräsentieren erste Bausteine der Gesteinsbrocken, aus denen sich später Planeten bilden. Dem Team zufolge ist dies der erste Nachweis solcher Minerale in einem so jungen Planetensystem. Es liefert wertvolle Einblicke darin, wie auch unser Sonnensystem einst begann.

Planeten bilden sich in der rotierenden Scheibe aus Gas und Staub um junge Sterne – auch unser Sonnensystem hat seinen Ursprung in einer solchen protoplanetaren Scheibe. Anfangs ist das Material in dieser Scheibe noch so heiß, dass interstellarer Staub verdampft und das Material der späteren Planetenbausteine noch gasförmig sind. Wenn sich das Gas im Außenbereich dieser „Urwolke“ abzukühlen beginnt, kondensieren die ersten Minerale aus. „Diese ersten, aus dem Gasreservoir auskondensierten Hochtemperatur-Minerale starten die Uhr für die Planetenbildung“, erklären Melissa McClure von der Universität Leiden in den Niederlanden und ihre Kollegen. Aus diesen zunächst winzigen Partikeln wachsen in der Folgezeit allmählich immer größere Körnchen und Bröckchen heran, bis schließlich erste kilometergroße Planetesimale entstehen – die Brocken, aus denen sich die Planeten bilden.

Frisch auskondensierte Minerale am Protostern

Doch dieses erste Stadium der Planetenbildung konnte bisher noch nie direkt beobachtet werden. Zwar haben Astronomen schon protoplanetare Scheiben und darin auch die Vorstufen neuer Planeten gefunden, sie waren aber alle in einem weit späteren Stadium. „Wir wussten immer, dass die ersten festen Bestandteile von Planeten sich zu einem früheren Zeitpunkt bilden müssen“, erklärt McClure. Gängiger Annahme nach findet die Kondensation der ersten planetenbildenden Minerale schon wenige hunderttausend Jahre nach Beginn der Sternbildung statt. Doch zu diesem Zeitpunkt ist der Protostern noch von einer Hülle aus Gas und Staub umgeben, aus der er Material anzieht und dadurch weiter heranwächst. Diese Materialeinströme und die dichte Hülle machen es Astronomen jedoch schwer, in den inneren Bereich der protoplanetaren Scheibe um einen so jungen Protostern zu blicken.

(Video: European Southern Observatory (ESO)

Jetzt hat ihnen der Protostern HOPS-315 erstmals diesen Einblick erlaubt. Der rund 1300 Lichtjahre entfernte Jungstern steht in einem so günstigen Winkel zu uns, dass Astronomen durch eine Lücke der staubigen Hülle bis ins Innere schauen können. Diese Chance nutzte das Team um McClure, um HOPS-315 mit dem hochauflösenden Spektrografen des James-Webb-Weltraumteleskops und den Radioteleskopen des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile zu untersuchen. „Die hohe spektrale Auflösung dieser Instrumente enthüllt ein reiches Spektrum, dominiert von den starken Absorptions-Signaturen von eisigen und felsigen Feststoffen und reichlich Molekülen in der Gasphase“, berichten die Astronomen. In den Spektren entdeckten sie sowohl die Signatur von gasförmigem Siliziummonoxid (SiO) als auch von kristallinen Silikaten. Aus Einschlüssen von Meteoriten und Asteroiden im Sonnensystem ist bekannt, dass kalzium- und aluminiumreiche Silikatminerale zu den ältesten und ersten gehören, die bei der beginnenden Planetenbildung auskondensieren. Der Nachweis der Silikatkristalle um HOPS-315 bestätigt dies nun.

Wertvolle Einblicke auch in die solare Frühgeschichte

„Dieser Prozess wurde noch nie zuvor in einer protoplanetaren Scheibe – oder irgendwo sonst außerhalb unseres Sonnensystems – beobachtet“, sagt Co-Autor Edwin Bergin von der University of Michigan. Weitere Analysen der Beobachtungsdaten verrieten den Astronomen, wo diese ersten Minerale am Protostern auskristallisieren. McClure und ihre Kollegen wiesen die Spektralsignaturen der Silikatkristalle in einem Bereich nach, der weniger als 2,2 astronomische Einheiten vom Protostern HOPS-315 entfernt liegt. Damit befinden sich diese Mineralpartikel in einem Abstand vom Stern, der ungefähr dem des Asteroidengürtels von unserer Sonne entspricht. „Wir finden die Mineralien in diesem extrasolaren System tatsächlich an derselben Stelle, an der wir sie auch in Asteroiden im Sonnensystem gefunden haben“, sagt McClures Kollege Logan Francis.

Die neuen Beobachtungen bestätigen damit Modelle dieses Frühstadiums der Planetenbildung. Gleichzeitig tragen sie dazu bei, auch die Geschichte unseres eigenen Planetensystems besser zu verstehen. „Dieses System ist eines der besten bisher bekannten, um einige der Prozesse zu untersuchen, die auch in unserem Sonnensystem stattgefunden haben“, sagt Co-Autorin Merel van ‘t Hoff von der Purdue University in den USA. „Wir sehen hier ein System, das so aussieht wie unser Sonnensystem am Anfang seiner Entstehung.“

Quelle: Melissa McClure (Universität Leiden, Niederlande) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-025-09163-z

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© wissenschaft.de – Nadja Podbregar