Künstlerkonzept eines Jupiter-ähnlichen Planeten, der einen Stern umkreist. Bildnachweis: NASA Zum Vergrößern anklicken
Mit dem Spitzer-Weltraumteleskop der NASA hat ein Team von Astronomen unter der Leitung der Universität von Rochester Lücken entdeckt, die die staubigen Scheiben um zwei sehr junge Sterne herum führen, was darauf hindeutet, dass sich dort Gasriesenplaneten gebildet haben. Vor einem Jahr fanden dieselben Forscher Hinweise auf den ersten „Babyplaneten“ um einen jungen Stern, der die Modelle der meisten Astrophysiker zur Bildung von Riesenplaneten in Frage stellte.
Die neuen Erkenntnisse in der Ausgabe des Astrophysical Journal Letters vom 10. September bestätigen nicht nur die Idee, dass sich Riesenplaneten wie Jupiter viel schneller bilden, als Wissenschaftler traditionell erwartet haben, sondern einer der gasumhüllten Sterne, GM Aurigae, ist analog zu unserem eigenen Sonnensystem. Mit nur 1 Million Jahren gibt der Stern ein einzigartiges Fenster, wie unsere eigene Welt entstanden sein könnte.
"GM Aurigae ist im Wesentlichen eine viel jüngere Version unserer Sonne, und die Lücke in ihrer Scheibe ist ungefähr so groß wie der Raum, den unsere eigenen Riesenplaneten einnehmen", sagt Dan Watson, Professor für Physik und Astronomie an der Universität von Rochester und Leiter des Spitzer IRS Disks-Forschungsteams. "Das Betrachten ist wie das Betrachten von Babybildern unserer Sonne und des äußeren Sonnensystems", sagt er.
"Die Ergebnisse stellen eine Herausforderung für bestehende Theorien zur Bildung von Riesenplaneten dar, insbesondere für jene, in denen sich Planeten über Millionen von Jahren allmählich aufbauen", sagt Nuria Calvet, Professorin für Astronomie an der Universität von Michigan und Hauptautorin des Papiers. "Studien wie diese werden uns letztendlich helfen, besser zu verstehen, wie sich unsere äußeren Planeten sowie andere im Universum bilden."
Die neuen „Babyplaneten“ leben auf den Lichtungen, die sie in den Scheiben um die Sterne DM Tauri und GM Aurigae, 420 Lichtjahre entfernt im Sternbild Stier, ausgesucht haben. Es wird seit mehreren Jahren vermutet, dass diese Scheiben zentrale Löcher aufweisen, die möglicherweise auf die Planetenbildung zurückzuführen sind. Die neuen Spektren lassen jedoch keinen Zweifel: Die Lücken sind so leer und scharfkantig, dass die Planetenbildung bei weitem die vernünftigste Erklärung für ihr Auftreten ist.
Die neuen Planeten können noch nicht direkt gesehen werden, aber Spitzers Infrarotspektrograph (IRS) zeigte deutlich, dass ein Staubbereich um bestimmte Sterne fehlte, was stark auf die Anwesenheit eines Planeten um jeden Stern hinweist. Der Staub in einer protoplanetaren Scheibe ist in der Mitte in der Nähe des Sterns heißer und strahlt daher den größten Teil seines Lichts bei kürzeren Wellenlängen ab als die kühleren Außenbereiche der Scheibe. Das IRS Disks-Team stellte fest, dass bei allen kurzen Infrarotwellenlängen ein plötzliches Lichtdefizit auftrat, was stark darauf hindeutet, dass der zentrale Teil der Platte nicht vorhanden war. Diese Sterne sind nach Sternmaßstäben sehr jung, etwa eine Million Jahre alt und immer noch von ihren embryonalen Gasscheiben umgeben. Die einzige brauchbare Erklärung für die Abwesenheit von Gas, die während der kurzen Lebensdauer des Sterns auftreten könnte, ist, dass ein Planet - höchstwahrscheinlich ein Gasriese wie unser Jupiter - den Stern umkreist und das Gas in dieser Entfernung des Sterns durch Gravitation „herausfegt“ Star.
Wie bei den Ergebnissen der jungen Planeten im letzten Jahr stellen diese Beobachtungen eine Herausforderung für alle bestehenden Theorien zur Bildung von Riesenplaneten dar, insbesondere für die Modelle der „Kernakkretion“, bei denen solche Planeten durch Akkretion kleinerer Körper aufgebaut werden, die viel erfordern mehr Zeit für den Bau eines riesigen Planeten als das Zeitalter dieser Systeme.
Das IRS Disks-Team entdeckte etwas anderes Merkwürdiges an GM Aurigae. Anstelle einer einfachen zentralen Reinigung der Staubscheibe, wie in den anderen untersuchten Fällen, weist GM Aurigae eine klare Lücke in der Scheibe auf, die eine dichte, staubige äußere Scheibe von einer dünnen inneren Scheibe trennt. Dies könnte entweder eine Zwischenstufe sein, da der neue Planet den ihn umgebenden Staub beseitigt und wie die anderen „Babyplaneten“ zu einer vollständigen zentralen Lichtung führt, oder es könnte das Ergebnis mehrerer Planeten sein, die sich innerhalb kurzer Zeit bilden und herausfegen der Staub auf komplexere Weise.
GM Aurigae hat die 1,05-fache Masse unserer Sonne - ein Beinahe-Zwilling - und entwickelt sich so zu einem Stern, der der Sonne sehr ähnlich ist. Wenn es unserem eigenen Sonnensystem überlagert würde, würde sich die entdeckte Lücke ungefähr von der Umlaufbahn des Jupiter (460 Millionen Meilen) bis zur Umlaufbahn des Uranus (1,7 Milliarden Meilen) erstrecken. Dies ist derselbe Bereich, in dem die Gasriesenplaneten in unserem eigenen System erscheinen. Kleine Nicht-Gas-Riesenplaneten, felsige Welten wie die Erde, würden nicht so viel Material auffegen und wären daher ohne Staub nicht erkennbar.
Das Spitzer-Weltraumteleskop wurde am 25. August 2003 in die Umlaufbahn gebracht. Das IRS Disks-Forschungsteam wird von Mitgliedern geleitet, die Spitzers Infrarotspektrographen gebaut haben, und umfasst Astronomen an der University of Rochester, der Cornell University, der University of Michigan und dem Autonomous National Universität von Mexiko, Universität von Virginia, Ithaca College, Universität von Arizona und UCLA. Das Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, verwaltet die Spitzer-Weltraumteleskop-Mission für das Science Mission Directorate der NASA in Washington. Wissenschaftliche Operationen werden im Spitzer Science Center des California Institute of Technology, ebenfalls in Pasadena, durchgeführt.
