SPITZER
Wie Planetenbausteine entstehen
von Stefan Deiters
astronews.com
13. November 2008

Durch Stoßwellen, die sich im Staub um junge Sterne ausbreiten, könnten Bausteine für neue Planeten entstehen. Darauf deuten zumindest aktuelle Beobachtungen des Weltraumteleskops Spitzer hin. Astronomen entdeckten mit Hilfe des Infrarotteleskops winzige quarzähnliche Kristalle, die man auch in Kometen, in irdischem Lava und in einigen Meteoriten gefunden hat.

In der Staubscheibe um junge Sterne entdeckten Astronomen jetzt die Kristalle Cristobalit (links) und Tridymit (recht). Bild: NASA / JPL-Caltech [Großansicht]

Bei denen im Staub um junge Sonnen entdeckten Kristallen handelt es sich um quarzähnliche Mineralien mit der Bezeichnung Cristobalit und Tridymit. Auf der Erde hat man diese Kristalle in vulkanischen Lavaströmen gefunden. Sie wurden aber auch schon in einigen Meteoriten entdeckt, die auf die Erde gestürzt waren. Zudem kommen sie in Kometen vor.  Der Nachweis von Cristobalit und Tridymit um die jungen Sterne hat die Forscher trotzdem überrascht: Um diese Mineralien zu erzeugen, bedarf es nämlich einer plötzlichen Hitzeentwicklung, wie sie etwa durch Stoßwellen entstehen könnte.

Die jetzt vorgestellten Beobachtungen deuten somit darauf hin, dass die Grundbausteine für Planeten im Universum durch Stoßwellen entstehen. "Durch die Untersuchung von anderen Sonnensystemen können wir sehr viel über die Anfänge unserer Planeten vor 4,6 Milliarden Jahren lernen", erläutert William Forrest von der University of Rochester im US-Bundesstaat New York. "Dank Spitzer haben wir nun eine bessere Vorstellung davon, wie das Rohmaterial für Planeten schon sehr früh in der Geschichte eines Systems entstehen kann." Die Untersuchung von Forrest und seinen Kollegen wird in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal veröffentlicht.

Planeten entstehen nach der gängigen Theorie aus einer Scheibe aus Gas und Staub um einen neugeborenen Stern. Aus einzelnen Staubteilchen werden im Laufe der Zeit immer größere Partikel und schließlich Protoplaneten. Ganz am Anfang steht dabei die Kristallisation der Partikel und deren Verklumpung. Forrest hatte zusammen mit seinen Kollegen fünf junge Sonnen mit Staubscheiben mit Hilfe des Infrarotteleskops Spitzer untersucht. Dabei entdeckten die Astronomen die Signatur von Siliziumdioxid-Kristallen. Wenn Siliziumdioxid geschmolzen wird und wieder kristallisiert, entstehen Quarzkristalle. Wird es auf höhere Temperaturen erhitzt, können kleinere Kristalle entstehen, die man auch häufig in der Umgebung von Vulkanen findet.

Und genau diese Kristalle, nämlich Cristobalite und Tridymite, haben Forrest und seinen Kollegen im Staub um die jungen Sonnen nachweisen können. "Cristobalit und Tridymite sind im Grunde genommen Hochtemperaturformen von Quartz", erklärt Ben Sargent, der im Rahmen seiner Doktorarbeit an dem Projekt beteiligt war. "Wenn man Quartzkristalle erhitzt, erhält man, was wir entdeckt haben."

Damit diese Kristalle entstehen können, sind Temperaturen von über 1.000 Grad Celsius nötig. In Staubscheiben um junge Sterne liegen die Temperaturen aber in der Regel deutlich darunter. Und da die Kristalle nur entstehen, wenn auf eine Erhitzung eine schnelle Abkühlung erfolgt, vermuten die Astronomen, dass Stoßwellen eine Rolle bei der Entstehung gespielt haben könnten. Solche Stoßwellen, also starke Druckwellen, können entstehen, wenn Gaswolken in der Staubscheibe um den Stern mit hoher Geschwindigkeit aufeinanderstoßen. Manche Astronomen glauben, dass sie auch bei der Bildung von Riesenplaneten entstehen könnten.

Die Theorie wird von Beobachtungen in unserem Sonnensystem unterstützt: In Meteoriten auf der Erde fand man auch Mineralien, von denen man glaubt, dass sie durch Stoßwellen entstanden sind. Zudem konnte man im Staub, den die NASA-Sonde Stardust vom Kometen Wild 2 zur Erde brachte, Tridymite nachweisen.