ALMA
Gesteinsplaneten auch um Braune Zwerge?
von Stefan Deiters
astronews.com
30. November 2012

Mit dem Atacama Large-Millimeter/submillimeter Array (ALMA) haben Astronomen erstmals Millimeter-große Staubkörner in einer Scheibe um einen Braunen Zwerg nachweisen können. Die Körner ähneln denen, die man auch um neugeborene Sonnen findet und aus denen einmal Gesteinsplaneten entstehen. Könnten sich also auch um Braune Zwerge solche Planeten bilden?

So könnte eine Scheibe aus Gas und Staub um einen jungen Braunen Zwerg aussehen. Bild: ALMA (ESO/NAOJ /NRAO)/M. Kornmesser (ESO)

Gesteinsplaneten wie die Erde, Mars oder Venus, so die Theorie der Astronomen, bilden sich durch zufällige Kollisionen und Verklumpungen winziger Partikel in einer Scheibe aus Gas und Staub um einen gerade entstandenen Stern. Sie wachsen so zu immer größeren Objekten und werden irgendwann zur Keimzelle eines neuen Planeten.

Um Braune Zwerge allerdings, also um sternenähnliche Objekte, die nicht über ausreichend Masse verfügen, um die nuklearen Fusionsprozesse in ihrem Inneren dauerhaft zu zünden, sollte es nach Meinung der Forscher zu keinem Wachstum von Partikeln kommen: Zum einen sind die Teilchen hier weniger häufig, so dass Kollisionen seltener vorkommen, und dürften außerdem eine zu hohe Geschwindigkeit haben, um nach einer Kollision aneinander kleben zu bleiben. Darüber hinaus sollten sich alle dennoch entstandenen größeren Körner schnell in Richtung des Braunen Zwergs bewegen und so aus der äußeren Scheibe verschwinden, wo sie durch Beobachtungen entdeckt werden könnten.

Doch offenbar stimmt diese Vorstellung der Astronomen nicht ganz: "Wir waren vollkommen überrascht, als wir Millimeter-große Körner in dieser dünnen, kleinen Scheibe nachweisen konnten", so Luca Ricci vom California Institute of Technology, der das Beobachterteam leitete. "Feste Körner dieser Größe sollten eigentlich in der kalten äußeren Region einer Scheibe um einen Braunen Zwerg nicht entstehen können, aber offenbar tun sie es doch. Wir können zwar nicht sicher sein, ob sich damit auch ganze Gesteinsplaneten dort bilden könnten, aber wir sehen zumindest die ersten Schritte dazu. Wir müssen also unsere Annahmen darüber modifizieren, welche Bedingungen zum Wachstum von Festkörpern erfüllt sein müssen."

Ricci und seine Kollegen haben für ihre Beobachtungen einige Schüsseln des Atacama Large-Millimeter/submillimeter Array (ALMA) verwendet, das derzeit gerade in der chilenischen Atacamawüste gebaut wird. Dieser Zusammenschluss mehrerer Radioteleskope erlaubt detaillierte Beobachtungen im Millimeter-Wellenlängenbereich. ALMA soll im kommenden Jahr fertiggestellt sein, doch können Astronomen schon seit 2011 mit einigen Antennen wissenschaftliche Beobachtungen durchführen.

Mit ALMA visierten die Wissenschaftler den jungen Braunen Zwerg ISO-Oph 102 an, der sich in einem Sternentstehungsgebiet in der Nähe des Sterns Rho Ophiuchi im Sternbild Schlangenträger befindet. Der Braune Zwerg hat zwar die 60-fache Masse des Jupiter, verfügt allerdings nur über 6 Prozent der Masse der Sonne. Der Zwerg kann damit keine dauerhaften nuklearen Fusionsprozesse in seinem Inneren zünden, kontrahiert aber langsam und gibt dabei Wärme ab, so dass er schwach rötlich leuchtet.

Dank ALMAs beachtlichem Auflösungsvermögen konnten die Astronomen nicht nur die Millimeter-großen Staubpartikel um ISO-Oph 102 nachweisen, sondern auch Kohlenmonoxid-Gas. Diese Entdeckung würde, so die Wissenschaftler, darauf hindeuten, dass die Scheiben aus Material um einen Braunen Zwerg denen um junge Sterne deutlich mehr ähneln, als bislang erwartet worden war. Gesteinsplaneten könnten somit noch erheblich häufiger sein.

"ALMA ist ein leistungsfähiges neues Werkzeug, um hinter die Geheimnisse der Planetenentstehung zu kommen", so Leonardo Testi von der ESO, der auch zum Beobachterteam gehörte. "Ähnliche Untersuchungen mit früheren Teleskopgenerationen durchzuführen hätte fast einen Monat an Beobachtungszeit bedurft, was kaum durchführbar ist. Mit nur einem Viertel der ALMA-Antennen konnten wir die Untersuchung in weniger als einer Stunde durchführen."

Das fertiggestellte ALMA-Teleskop wird dann noch weitere Informationen über ISO-Oph 102 liefern können: "Es wird bald möglich sein, nicht nur die Existenz der kleinen Partikel in der Scheibe nachzuweisen, sondern auch ihre Verteilung in der Scheibe sowie ihre Wechselwirkungen mit dem Gas zu untersuchen, das wir dort auch entdeckt haben", so Ricci. "Das wird uns helfen, die Entstehung von Planeten besser zu verstehen."

Die Astronomen berichten über ihre Untersuchungen in einem Fachartikels in den Astrophysical Journal Letters.