ALMA
Überraschung um einen jungen Stern
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie
astronews.com
24. Oktober 2013

Astronomen konnten mithilfe des Radioteleskopverbunds ALMA ein gerade entstehendes Planetensystem in einem unerwarteten Zwischenstadium beobachten: Die Scheibe um den Stern HD 21997 enthält sowohl ursprüngliches Gas aus der Zeit der Sternentstehung als auch Staub, der durch die Kollision von Gesteinsbrocken entstanden ist. Bisherige Modelle hatten solche Scheiben nicht vorhergesagt. 

Ein aus zwei Beobachtungen zusammengesetztes ALMA-Bild der Scheibe um HD 21997. Zu sehen  ist die Strahlung von kalten Staubkörnern und die Strahlung, die von Kohlenstoffmonoxid ausgesandt wird. Das Gas erscheint in rot, der Staub in blau. Weiße Bildpartien zeigen das Vorkommen von sowohl Gas als auch Staub an. Bild: MPIA

Bei ihrer Geburt sind Sterne wie unsere Sonne von Scheiben aus Staub und Gas umgeben. In diesen Scheiben bildet sich das Planetensystems des Sterns: Der Staub verklumpt immer mehr und am Ende sind kilometergroße massive Brocken entstanden, die Planetesimale genannt werden. Diese "Planetenkeime" bilden später die Asteroiden und Kometen des Systems oder verklumpen weiter, um zu Gesteinsplaneten oder zu Kernen von großen Gasplaneten zu werden.

Die gängigen Modelle der Planetenentstehung sagen voraus, dass das ursprünglich vorhandene Gas der Scheibe in der Planetesimalen-Phase rasch aufgebraucht wird. Einiges davon fällt in den Stern zurück, ein weiterer Teil sammelt sich zu dem, was später die Gasplaneten werden und der Rest wird durch die intensive Strahlung des jungen Sterns ins All hinausgeblasen. Nach rund zehn Millionen Jahre, so die bisherige Überzeugung, sollte das ursprüngliche Gas verschwunden sein.

Doch ist das wirklich so? Jetzt hat ein Astronomenteam aus den Niederlanden, Ungarn, Deutschland und den USA nämlich eine seltene "hybride" Scheibe gefunden, die zum einen große Mengen an urtümlichem Gas, zum anderen aber bereits Staub enthält, der bei der Kollision solcher Planetesimale entstanden ist. Es handelt sich um eine Art Zwischenstufe zwischen den frühen und späteren Phasen der Scheibenevolution - der ursprünglichen Scheibe und der späteren Phase der Planetesimalen-Trümmer.

Für ihre Untersuchungen nutzten die Astronomen sowohl das Weltraumobservatorium Herschel der ESA als auch den Radioteleskopverbund ALMA in Chile. Sie visierten damit die Scheibe rund um den Stern HD 21997 an, der 235 Lichtjahre von uns entfernt im südlichen Sternbild Chemischer Ofen liegt. Der Stern hat das 1,8fache der Sonnenmasse und ist rund 30 Millionen Jahre alt.

Die Herschel- und ALMA-Beobachtungen zeigten einen ausgedehnten Staubring, der den Stern in Entfernungen zwischen 55 und 150 Astronomischen Einheiten - eine Astronomische Einheit entspricht der durchschnittlichen Entfernung der Erde von der Sonne - umgibt. Die ALMA-Beobachtungen zeigten außerdem einen Gasring - allerdings sind beide Ringe nicht deckungsgleich.

"Der innere Rand des Gasrings liegt näher am Zentralstern als der des Staubrings", erklärt Ágnes Kóspál von der ESA, die die Untersuchung leitete. "Wären Gas und Staub durch den gleichen physikalischen Prozess erzeugt worden, nämlich durch die Erosion von Planetesimalen, dann sollte man erwarten, dass beide Ringe deckungsgleich sind. Das ist bei der inneren Scheibe aber eindeutig nicht der Fall."

"Unsere Beobachtungen zeigen außerdem, dass frühere Studien die Gasmenge in der Scheibe grob unterschätzt hatten", ergänzt Attila Moór von der Konkoly-Sternwarte. "Aus der Menge an Kohlenstoffmonoxid in der Scheibe können wir nun aber schließen, dass die Gesamtmasse des Gases zwischen 30 und 60 Erdmassen liegen dürfte." Dieser Wert ist ein weiterer Fingerzeig, dass die Gasscheibe aus demselben urtümlichen Material besteht, aus dem auch der Stern entstanden ist - die Gasfreisetzung bei der Kollision von Planetesimalen könnte diese gewaltige Menge unmöglich erklären.

"Dass wir um den 30 Millionen Jahre alten Stern HD 21997 urtümliches Gas finden, gibt uns ein Rätsel auf", meint Teammitglied Thomas Henning vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg. "Sowohl Modellrechnungen als auch frühere Beobachtungen zeigen, dass das Gas in dieser Art von Scheibe rund um einen jungen Stern bereits nach rund zehn Millionen Jahren verschwunden sein sollte."

Die Astronomen bemühen sich derzeit, weitere Systeme wie HD 21997 für weitergehende Untersuchungen an hybriden Scheiben zu finden, und zu klären, wie sie sich in die gängigen Modelle der Planetenentstehung einfügen - oder wie diese Modelle verändert werden müssen.

Über die Beobachtungen berichten die Astronomen in zwei Fachartikeln, die in der Fachzeitschrift The Astropyhsical Journal und The Astropyhsical Journal Letters erscheinen.