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Astronomie Wie Riesenplaneten entstehen können

Dieses Bild, am 20. Mai 2020 von der European Southern Observatory (ESO) veröffentlicht, zeigt Anzeichen einer Planetengeburt. Nahe der Mitte des Bildes, im inneren Bereich der Scheibe des jungen Sterns AB Aurigae, sehen wir die "Verdrehung" (in sehr hellem Gelb), von der Wissenschaftler glauben, dass sie die Stelle markiert, an der sich ein Planet bildet. Diese Verdrehung liegt etwa in der gleichen Entfernung vom Stern AB Aurigae wie Neptun von der Sonne.
Dieses Bild, am 20. Mai 2020 von der European Southern Observatory (ESO) veröffentlicht, zeigt Anzeichen einer Planetengeburt. Nahe der Mitte des Bildes, im inneren Bereich der Scheibe des jungen Sterns AB Aurigae, sehen wir die "Verdrehung" (in sehr hellem Gelb), von der Wissenschaftler glauben, dass sie die Stelle markiert, an der sich ein Planet bildet. Diese Verdrehung liegt etwa in der gleichen Entfernung vom Stern AB Aurigae wie Neptun von der Sonne.
© ESO/newscom/dpa
Einige Riesenplaneten sind so weit von ihrem Stern entfernt, dass ihre Entstehung mit dem klassischen Modell nicht zu erklären ist. Nun finden Forscher Belege für ein alternatives Entstehungsmodell

Astronomen haben heute eine klare Vorstellung davon, wie die großen Gasplaneten Jupiter und Saturn in unserem Sonnensystem entstanden sind: Zunächst prallten große Gesteinskörper - Planetesimale genannt - zusammen und bildeten den Kern des künftigen Planeten. Und dieser zog dann mit seiner Schwerkraft große Mengen von Gas aus seiner Umgebung an. Doch bei vielen Sternen haben die Himmelsforscher zu ihrer Überraschung Riesenplaneten entdeckt, die so weit von ihrem Stern entfernt sind, dass dieses Kern-Akkretions-Modell nicht funktioniert.

Ein internationales Forscherteam konnte jetzt erstmals den Entstehungsprozess eines solchen Planeten direkt beobachten. Wie die vom japanischen Subaru-Teleskop auf Hawaii und vom Weltraumteleskop Hubble gelieferten Aufnahmen zeigen, bildet sich der Planet offenbar durch den direkten Kollaps von dichtem, kühlen Gas in der protoplanetaren Scheibe um seinen jungen Stern. Damit habe man erstmal einen Beweis dafür, dass Riesenplaneten durch eine solche Gravitations-Instabilität entstehen können, schreiben die Wissenschaftler im Fachblatt "Nature Astronomy".

"Bisherige Untersuchungen zur Planetenentstehung nutzten Daten bereits entwickelter Planeten", erläutern Thayne Currie, der an der japanischen Sternwarte auf Hawaii tätig ist, und seine Kollegen. "Doch die spätere Position eines Planeten muss nicht mit seinem Entstehungsort übereinstimmen." Deshalb sei es wichtig, den Entstehungsprozess selbst zu beobachten. "Nur die direkte Abbildung von Protoplaneten, die noch in Scheiben aus Gas und Staub um junge Sterne eingebettet sind, können uns den Schlüssel zum Verständnis der Entstehung großer Gasplaneten liefern."

Die Forscher um Currie richteten die beiden Teleskope deshalb auf den 520 Lichtjahre entfernten jungen Stern AB Aurigae, von dem bereits bekannt war, dass er noch von einer protoplanetaren Scheibe umgeben ist. Mit Erfolg: Die von den Instrumenten gelieferten hochaufgelösten Bilder zeigen zum einen mehrere spiralförmige Strukturen sowie mehrere Verdichtungen in der Gasscheibe. Bei dem auffälligsten Klumpen handelt es sich demnach um einen Riesenplaneten mit etwa der neunfachen Masse des Jupiters - jedoch in zehn Mal größerem Abstand von seinem Stern

Zufällige Verdichtungen in der Scheibe kollabieren zu einem Planeten

Die Teleskop-Aufnahmen von AB Aurigae zeigen noch zwei weitere Verdichtungen weiter außen in der Scheibe, im 90-fachen und 120-fachen Abstand Jupiter - Sonne. "Damit haben wir erstmals einen direkten Nachweis dafür, dass solche Riesenplaneten tatsächlich in großer Entfernung von ihrem Stern entstehen", betonen Currie und seine Kollegen, "und das steht in krassem Widerspruch zu den Vorhersagen des Kern-Akkretions-Modells." Denn so weit von einem jungen Stern entfernt gibt es einfach nicht genug Planetesimale, um einen Planetenkern zu bilden.

Wie also entstehen solche Riesenplaneten in derart großem Abstand von ihrem Stern? Die Beobachtungen des Teams liefern glücklicherweise die Antwort auf diese Frage gleich mit: Die in der Scheibe beobachteten Spiralen sind genau das, was die Forscher vom Prozess der Gravitations-Instabilität erwarten. Dabei bilden sich zufällige Verdichtungen in der Scheibe und kollabieren durch ihre eigene Schwerkraft zu einem Planeten. In Computersimulationen dieses Prozesses bilden sich dabei exakt solche spiralförmigen Strukturen, wie das Team um Currie sie jetzt nachgewiesen hat. Damit liefern die Beobachtungen des Teams erstmals einen direkten Nachweis für dieses alternative Szenario der Planetenentstehung.

Rainer Kayser, dpa

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