Ein wissenschaftlich genaues Modell von Beta Pictoris und seiner Festplatte. klicken um zu vergrößern
Die Gas- und Staubscheiben, die neugeborene Sterne umgeben, werden als protoplanetarische Scheiben bezeichnet. Es wird angenommen, dass dies Regionen sind, in denen sich schließlich Planeten bilden werden. Diese Scheiben verschwinden, wenn die Sterne reifen, aber einige Sterne sind immer noch mit einer Materialwolke um sie herum zu sehen, die als Trümmerscheiben bezeichnet wird. Eine der bekanntesten ist die Scheibe um Beta Pictoris, die sich nur 60 Lichtjahre entfernt befindet.
Planeten bilden sich in Gas- und Staubscheiben, die neugeborene Sterne umgeben. Solche Scheiben werden als protoplanetare Scheiben bezeichnet. Der Staub in diesen Scheiben wird zu felsigen Planeten wie der Erde und den inneren Kernen von riesigen Gasplaneten wie dem Saturn. Dieser Staub ist auch ein Aufbewahrungsort für Elemente, die die Grundlage des Lebens bilden.
Protoplanetenscheiben verschwinden, wenn Sterne reifen, aber viele Sterne haben sogenannte Trümmerscheiben. Astronomen nehmen an, dass Kollisionen zwischen ihnen, sobald Objekte wie Asteroiden und Kometen aus der protoplanetaren Scheibe geboren wurden, eine sekundäre Staubscheibe erzeugen können.
Das bekannteste Beispiel für solche Staubscheiben ist die, die den zweithellsten Stern im Sternbild Pictor umgibt und „Staffelei des Malers“ bedeutet. Dieser Stern, bekannt als Beta Pictoris oder Beta Pic, ist ein sehr enger Nachbar der Sonne, nur sechzig Lichtjahre entfernt und daher leicht im Detail zu studieren.
Beta Pic ist doppelt so hell wie die Sonne, aber das Licht von der Festplatte ist viel schwächer. Die Astronomen Smith und Terrile waren die ersten, die dieses schwache Licht 1984 entdeckten, indem sie das Licht des Sterns selbst mithilfe einer als Koronagraphie bezeichneten Technik blockierten. Seitdem haben viele Astronomen die Beta-Pic-Scheibe mit immer besseren Instrumenten und boden- und weltraumgestützten Teleskopen beobachtet, um den Geburtsort von Planeten und damit das Leben im Detail zu verstehen.
Ein Team von Astronomen des National Astronomical Observatory of Japan, der Nagoya University und der Hokkaido University kombinierte erstmals mehrere Technologien, um ein Infrarot-Polarisationsbild der Beta Pic-Scheibe mit besserer Auflösung und höherem Kontrast als je zuvor zu erhalten: ein Teleskop mit großer Apertur ( das Subaru-Teleskop mit seinem großen 8,2-Meter-Primärspiegel, der adaptiven Optiktechnologie und einem Coronagraphic Imager, der Lichtbilder mit unterschiedlichen Polarisationen aufnehmen kann (Subarus Coronagraphic Imager mit adaptiver Optik, CIAO).
Ein Teleskop mit großer Apertur, insbesondere mit der hervorragenden Bildqualität von Subaru, ermöglicht es, schwaches Licht mit hoher Auflösung zu sehen. Die adaptive Optiktechnologie reduziert die Verzerrungseffekte der Erdatmosphäre auf das Licht und ermöglicht Beobachtungen mit höherer Auflösung. Die Koronagraphie ist eine Technik zum Blockieren des Lichts von einem hellen Objekt wie einem Stern, um schwächere Objekte in der Nähe zu sehen, wie Planeten und Staub, die einen Stern umgeben. Durch Beobachtung von polarisiertem Licht kann reflektiertes Licht von Licht unterschieden werden, das direkt von seiner ursprünglichen Quelle kommt. Die Polarisation enthält auch Informationen über Größe, Form und Ausrichtung des staubreflektierenden Lichts.
Mit dieser Kombination von Technologien gelang es dem Team, Beta Pic in Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von zwei Mikrometern und einer Auflösung von einer Fünftel Bogensekunde zu beobachten. Diese Auflösung entspricht der Möglichkeit, ein einzelnes Reiskorn aus einer Entfernung von einer Meile oder ein Senfkorn aus einer Entfernung von einem Kilometer zu sehen. Das Erreichen dieser Auflösung stellt eine enorme Verbesserung gegenüber vergleichbaren früheren polarimetrischen Beobachtungen aus den 90er Jahren dar, die nur Auflösungen von etwa eineinhalb Bogensekunden hatten.
Die neuen Ergebnisse deuten stark darauf hin, dass die Scheibe von Beta Pic Planetesimale, Asteroiden oder kometenähnliche Objekte enthält, die kollidieren und Staub erzeugen, der das Sternenlicht reflektiert.
Die Polarisation des von der Scheibe reflektierten Lichts kann die physikalischen Eigenschaften der Scheibe wie Zusammensetzung, Größe und Verteilung offenbaren. Ein Bild des gesamten Lichts mit einer Wellenlänge von zwei Mikrometern zeigt die lange dünne Struktur der Scheibe, die fast am Rand zu sehen ist. Die Polarisation des Lichts zeigt, dass zehn Prozent des Zwei-Mikrometer-Lichts polarisiert sind. Das Polarisationsmuster zeigt an, dass das Licht eine Reflexion von Licht ist, das vom Zentralstern stammt.
Eine Analyse, wie sich die Helligkeit der Platte mit dem Abstand von der Mitte ändert, zeigt eine allmähliche Abnahme der Helligkeit mit einer kleinen Schwingung. Die leichte Helligkeitsschwankung entspricht Schwankungen in der Dichte der Scheibe. Die wahrscheinlichste Erklärung ist, dass dichtere Regionen dem Ort entsprechen, an dem Planetesimale kollidieren. Ähnliche Strukturen wurden in früheren Beobachtungen bei längeren Wellenlängen mit Subarus COoled Mid-Infrared Camera and Spectrograph (COMICS) und anderen Instrumenten näher am Stern gesehen.
Eine ähnliche Analyse, wie sich das Ausmaß der Polarisation mit der Entfernung vom Stern ändert, zeigt eine Abnahme der Polarisation in einer Entfernung von einhundert astronomischen Einheiten (eine astronomische Einheit ist die Entfernung zwischen Erde und Sonne). Dies entspricht einem Ort, an dem auch die Helligkeit abnimmt, was darauf hindeutet, dass in dieser Entfernung vom Stern weniger Planetesimale vorhanden sind.
Als das Team Modelle der Beta Pic-Scheibe untersuchte, die sowohl die neuen als auch die alten Beobachtungen erklären können, stellte es fest, dass der Staub in der Beta Pic-Scheibe mehr als zehnmal größer ist als typische interstellare Staubkörner. Die Beta Pics-Staubscheibe besteht wahrscheinlich aus mikrometergroßen, losen Staub- und Eisklumpen wie winzigen Staubhasen in Bakteriengröße.
Zusammen liefern diese Ergebnisse sehr starke Beweise dafür, dass die Scheibe, die Beta Pic umgibt, durch die Bildung und Kollision von Planetesimalen erzeugt wird. Der Detaillierungsgrad dieser neuen Informationen festigt unser Verständnis der Umgebung, in der sich Planeten bilden und entwickeln.
Motohide Tamura, der das Team leitet, sagt: „Nur wenige Menschen konnten den Geburtsort von Planeten untersuchen, indem sie polarisiertes Licht mit einem großen Teleskop beobachteten. Unsere Ergebnisse zeigen, dass dies ein sehr lohnender Ansatz ist. Wir planen, unsere Forschung auf andere Scheiben auszudehnen, um ein umfassendes Bild davon zu erhalten, wie sich Staub in Planeten verwandelt. “
Diese Ergebnisse wurden in der Ausgabe des Astrophysical Journal vom 20. April 2006 veröffentlicht.
Teammitglieder: Motohide Tamura, Hiroshi Suto, Lyu Abe (NAOJ), Misato Fukagawa (Nagoya Universität, California Institute of Technology), Hiroshi Kimura, Tetsuo Yamamoto (Hokkaido Universität)
Diese Forschung wurde vom japanischen Ministerium für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie durch einen Zuschuss für wissenschaftliche Forschung zu vorrangigen Bereichen für die „Entwicklung der außersolaren Planetenforschung“ unterstützt.
Originalquelle: NAOJ-Pressemitteilung
