#Einblick in Geheimnisse der Planetenentstehung

Bilden sich hier gerade Gasriesen auf eine besondere Weise? Forscher präsentieren einen astronomischen Beleg für den bisher unbestätigten Bildungsmechanismus von massereichen Planeten durch gravitative Instabilität. Das Team hat durch Aufnahmen des Very Large Telescope in Kombination mit Daten der ALMA-Radioteleskope große Staubformationen in der Nähe eines jungen Sterns entdeckt, die gerade zu kollabieren scheinen und dadurch Planeten gebären könnten.

Gasriesen wie unser Jupiter oder Saturn umkreisen viele Sterne des Universums, hat die Exoplanetenforschung der letzten Jahrzehnte gezeigt. Wie bei uns können sie auch in den fernen Systemen eine buchstäblich gewichtige Rolle spielen und dabei die Entstehung von lebensfreundlichen Bedingungen auf weiteren Planeten beeinflussen. Was die Entstehung der Riesenplaneten betrifft, gehen Astronomen davon aus, dass sie sich meist durch den Mechanismus der sogenannten „Kernakkretion“ in der protoplanetaren Scheibe um junge Sterne bilden. Dabei formt sich durch die Zusammenballung von Staubkörnern zunächst ein fester Kern, der dann beim Umlauf um den Stern immer mehr Gas aus dem nahen Bereich der Scheibe aufsammelt.

Bisher theoretischer Alternativprozess

Simulationen legen allerdings nahe, dass es auch einen zweiten Bildungsmechanismus für Riesenplaneten gibt: Sie könnten sich durch „gravitative Instabilität“ in Spiralarmen aus Materie um junge Sterne bilden. Simulationen zufolge entstehen dort Materieverdichtungen, die sich immer mehr zusammenziehen, bis sie schließlich durch ihre eigene Schwerkraft ganz kollabieren und die Protoplaneten der Gasriesen bilden. Während Astronomen bereits klare Belege für das erste der beiden Szenarien gefunden haben, gab es bisher allerdings kaum astronomische Hinweise auf diesen Bildungsmechanismus durch gravitative Instabilität.

Doch nun hat das internationale Astronomenteam um Philipp Weber von der Universität von Santiago de Chile ein mögliches Beispiel bei einem jungen Stern entdeckt, der sich etwa 5000 Lichtjahre von uns entfernt im Sternbild Einhorn befindet. Erstmals zog V960 Mon Aufmerksamkeit auf sich, weil der Stern starke Helligkeitsschwankungen zeigte. Beobachtungen mit dem SPHERE-Instrument des Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) lieferten dann Hinweise darauf, dass diese Effekte mit Materiestrukturen um V960 Mon verbunden sind.

Verklumpungen in Spiralarmen

Deshalb nahmen Weber und seine Kollegen den Stern nun genauer ins Visier. Sie kombinierten dazu VLT-Aufnahmen mit Daten des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). So konnten die Astronomen schließlich ein detailliertes Bild des Systems entwickeln. Es zeigte sich, dass sich das Material um den jungen Stern in einer Reihe von verschlungenen Spiralarmen sammelt, die sich über Entfernungen erstrecken, die größer sind als das gesamte Sonnensystem. „Durch die ALMA-Daten wurde dabei deutlich, dass die Spiralarme auseinanderbrechen, was zur Bildung von Klumpen mit planetenähnlichen Massen führt“, sagt Co-Autorin Alice Zurlo von der Universität Diego Portales in Santiago de Chile.

Es handelt sich damit um den ersten handfesten Beleg für den alternativen Bildungsprozess bei den Riesenplaneten, sagen die Wissenschaftler. „Die Beobachtungen passen gut zu den bisherigen Simulationen“, sagt Co-Autor Joel Kastner vom Rochester Institute of Technology. „Es ist eine Bestätigung dafür, dass eine der Grundideen der Planetenentstehung funktioniert“. Weber kommentiert dazu: „Niemand hat jemals eine echte Beobachtung der Gravitationsinstabilität auf planetarer Ebene gesehen – bis jetzt“.

Die Astronomen wollen das spannende System nun auch weiterhin im Visier behalten, um mehr Details aufdecken zu können. Dabei setzen sie ihre Hoffnungen auf die verschärften Beobachtungsmöglichkeiten durch das derzeit in Bau befindliche Extremely Large Telescope (ELT) der ESO in der Atacama-Wüste. „Es wird die Voraussetzungen für die Erforschung der chemischen Zusammensetzung des Materials schaffen, das diese Klumpen umgibt, und damit über die Substanz, aus dem sich potenzielle Planeten bilden“, so Weber.

Quelle: ESO, Rochester Institute of Technology, Fachartikel: The Astrophysical Journal Letters, doi: 10.3847/2041-8213/ace186

© wissenschaft.de – Martin Vieweg