SPITZER
Terrestrische Planeten häufiger als gedacht?
von Stefan Deiters
astronews.com
18. Februar 2008

Mithilfe des Infrarot-Weltraumteleskops Spitzer haben Astronomen Hinweise darauf gefunden, dass um relativ viele sonnenähnliche Sterne unserer Nachbarschaft terrestrische Planeten entstehen könnten. Dies würde bedeuten, dass auch Planeten, die lebensfreundliche Bedingungen aufweisen, deutlich häufiger zu finden sein dürften, als lange Zeit angenommen. 

Terrestrische Planeten, wie Merkur, Venus, Mars oder Erde, könnten häufiger in unserer Milchstraße zu finden sein als bislang angenommen.  Bild: NASA / JPL-Caltech / R. Hurt (SSC-Caltech)

Bis heute hat man noch kein extrasolares Planetensystem entdeckt, das wirklich unserem Sonnensystem gleicht. Und dies hat einen recht trivialen Grund: Bislang reichen die Möglichkeiten der Astronomen nicht aus, um auch Planeten von Erdgröße um ferne Sonnen aufzuspüren. Ob es also außer den entdeckten Gasriesen noch kleinere, terrestrische Planeten in den Systemen gibt, die vom Aussehen her also Merkur, Venus, Mars oder vielleicht sogar der Erde gleichen, ist bislang meist Spekulation.

Michael Meyer von der University of Arizona hat nun trotz dieses Handicaps zusammen mit Kollegen eine Antwort auf die Frage gesucht, ob unser Sonnensystem eine Ausnahme in der Milchstraße darstellt oder ob es viele Planetensysteme gibt wie unsere galaktische Heimat. Ihr Ergebnis: Um mindestens 20 Prozent der Sterne, die unserer Sonnen ähneln, könnten sich auch terrestrische Planeten bilden - vielleicht sogar um bis zu 60 Prozent. Meyer und seine Kollegen veröffentlichten ihre Resultate unlängst in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal Letters.

Die Astronomen haben mit Hilfe des Weltraumteleskops Spitzer sechs verschiedene Gruppen von Sternen untersucht, die alle eine ähnliche Masse wie unsere Sonne haben, aber ein unterschiedliches Alter. Unsere Sonne ist 4,6 Milliarden Jahre alt. "Wir wollten die Entwicklung des Gases und des Staubs um diese Sterne untersuchen, die unserer Sonne ähnlich sind und die Ergebnisse vergleichen mit dem, was wir über das Aussehen unseres Sonnensystems in den letzten Milliarden Jahren zu wissen glauben", erklärt Meyer.

Dabei kann natürlich auch das Weltraumteleskop Spitzer extrasolare Planeten von Erdgröße nicht aufspüren. Allerdings kann es im infraroten Bereich des Lichtes Staub entdecken, der durch Kollisionen in der Entstehungsphase eines Planetensystems entsteht. Durch Beobachtung in verschiedenen Wellenlängenbereichen lässt sich Staub unterschiedlicher Temperatur entdecken und aus der Temperatur des Staubs kann man dann wieder Rückschlüsse auf die Entfernung des Staubs vom jeweiligen Stern ziehen: Je wärmer der Staub, desto näher dürfte er sich am jeweiligen Stern befinden.

Auf diese Weise konnten die Astronomen ihren Blick auf Staub fokussieren, den sie in einer Entfernung vom Stern vermuten, die in unserem Sonnensystem dem Bereich zwischen Erde und Jupiter entsprechen würde. "Wir konnten feststellen, dass sich bei zehn bis 20 Prozent der Sterne in den vier jüngsten untersuchten Altersgruppen hier Staub  feststellen ließ", so Meyer. "Aber wir haben diesen warmen Staub nicht so häufig bei Sternen gesehen, die älter als 300 Millionen Jahre sind."

Diese Periode, erläutert Meyer, ist vergleichbar mit dem Zeitraum, in dem unser Sonnensystem entstanden ist und sich zu dem entwickelt hat, was wir heute sehen. "Die Erde hat sich innerhalb von zehn bis 50 Millionen Jahren durch Kollisionen aus kleineren Körpern gebildet." Ein anderes Astronomenteam hat zudem Hinweise auf Staub aus der Entstehung von terrestrischen Planeten um Sterne gefunden, die zwischen zehn und 30 Millionen Jahre alt waren. "Das deutet darauf hin, dass, was auch immer zur Entstehung der Erde geführt hat, sich um viele Sterne abspielen könnte, die zwischen drei und 300 Millionen Jahren alt sind."

Die Beobachtungsergebnisse von Meyer und seinen Kollegen stimmen hervorragend mit theoretischen Modellen zur Planetenentstehung überein, die von Scott Kenyon vom Smithsonian Astrophysical Observatory und Ben Bromley von der University of Utah entwickelt wurden: "Unser Modell deutet darauf hin, dass der warme Staub, den Meyer und sein Team entdeckt haben, immer bei der Entstehung von terrestrischen Planeten auftritt. Wir sagen mit unserem Modell eine höhere Häufigkeit dieser Infrarot-Emission bei jungen Sternen voraus und genau dies ist es, was mit Spitzer beobachtet wurde", so Kenyon.

Um wie viele Sterne sich nun wirklich Planeten bilden, ist nicht so leicht zu sagen, weil die Spitzer-Daten verschiedene Interpretationen zulassen. So könnte der verräterische warme Staub, den Spitzer um etwa 20 Prozent der Sterne entdeckt, erhalten bleiben, wenn der Stern älter wird: Beispielsweise könnte der Staub, der durch Kollisionen um drei bis zehn Millionen Jahre alte Sterne produziert wird, auch noch bei Sternen im Alter zwischen zehn und 30 Millionen Jahren für entsprechende Emissionen sorgen. Interpretiert man die Daten auf diese Weise, würde sich ein Anteil von 20 Prozent der sonnenähnlichen Sterne ergeben, um die terrestrischen Planeten entstehen.

Allerdings gibt es auch eine andere Sichtweise: "Ein optimistisches Szenario wäre, dass es in den größten und massereichsten Staubscheiben zuerst zur Planetenentstehung kommt. Dies könnten wir um die jüngsten Sterne sehen. Diese Staubscheiben scheinen sehr früh sehr hell, verlöschen dann aber," spekuliert Meyer. "Kleinere, weniger massereichen Staubscheiben hingegen, werden erst später sichtbar. Hier findet die Planetenentstehung erst später statt, weil es weniger Teilchen gibt, die miteinander kollidieren können."

Stimmt diese Sichtweise, dann entstehen Planeten zuerst in den massereichen Staubscheiben, in den masseärmeren Scheiben können die Vorgänge zehn bis Hundert Mal länger dauern. Damit käme man nicht auf einen Wert von 20 Prozent, sondern auf 62 Prozent. "Die wahre Antwort", so Meyer, "liegt vermutlich irgendwo zwischen der pessimistischen und der optimistischen Schätzung, also irgendwo zwischen 20 und 60 Prozent."