Astronomen beobachten gern entfernte junge Sterne, während sie sich bilden. Sterne werden aus einer Molekülwolke geboren, und sobald genug Materie in dieser Wolke zusammenklumpt, entzündet sich die Fusion und ein Stern beginnt sein Leben. Das übrig gebliebene Material aus der Sternentstehung wird als zirkumstellare Scheibe bezeichnet.
Während das Material in der zirkumstellaren Scheibe um den sich jetzt drehenden Stern wirbelt, verklumpt es in einzelne Planeten. Wenn sich Planeten darin bilden, hinterlassen sie Lücken in dieser Scheibe. Zumindest denken wir.
Einer der am häufigsten beobachteten jungen Sterne heißt HL Tauri. Es befindet sich im Sternbild Stier und ist etwa 450 Lichtjahre entfernt. Das Atacama Large Millimeter Array (ALMA) hat 2014 ein bekanntes Bild von HL Tauri aufgenommen. Dieses Bild ist das schärfste Bild, das jemals von ALMA aufgenommen wurde.
Seitdem haben Astronomen andere junge Sterne beobachtet und auch Lücken in ihren Scheiben gefunden. Beachten Sie, dass ALMA, wie der Name schon sagt, kein Teleskop für sichtbares Licht ist. In zirkumstellaren Scheiben befindet sich so viel Gas und Staub, dass sichtbares Licht für deren Untersuchung unbrauchbar ist. ALMA beobachtet in Wellenlängen des Lichts zwischen Infrarot- und Radiowellen, so dass es in die wirbelnde Scheibe aus Gas und Staub sehen kann.
Eine neue Studie untersuchte 18 junge Sterne und ihre Scheiben und fand Hinweise darauf, dass 8 dieser Sterne sogenannte „Geschwindigkeitsknicke“ aufweisen, die auf die Anwesenheit junger, sich noch bildender Planeten hinweisen können. Die Studie trägt den Titel „Neun lokalisierte Abweichungen von der Kepler-Rotation in den zirkumstellaren DSHARP-Scheiben: Kinematische Evidenz für Protoplaneten, die die Lücken schließen“. Hauptautor der Studie ist Christophe Pinte von der Monash University (Australien) und der University of Grenoble Alpes (Frankreich). Das Papier ist in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
Obwohl Astronomen die Lücken in zirkumstellaren Scheiben sehen können, können sie die Planeten nicht sehen. Nach jahrelangen Versuchen mit einigen der besten Teleskope der Welt haben Astronomen nur einen einzigen Exoplaneten in einer Lücke um einen Stern direkt abgebildet. Auch wenn es offensichtlich erscheint, dass Babyplaneten verantwortlich sind und es wirklich keinen anderen Weg gibt, wie sie sich bilden könnten, ist dies immer noch eine unbewiesene Theorie. Diese neue Studie trägt dazu bei, dass zumindest einige der beobachteten Lücken in zirkumstellaren Scheiben durch Planeten verursacht werden.
In dieser Studie wurden Daten aus dem DSHARP-Projekt (Disk Substructures at High Angular Resolution) verwendet. DSHARP verwendet ALMA, um in der Nähe befindliche helle zirkumstellare Scheiben (auch als protoplanetare Scheiben bezeichnet) zu untersuchen. Laut der Website soll DSHARP „die Prävalenz, Formen, Orte, Größen und Amplituden kleiner Substrukturen in den Verteilungen des Scheibenmaterials bewerten und wie sie mit dem Planetenbildungsprozess zusammenhängen könnten“.
Es gibt andere mögliche Erklärungen für die Lücken in den Datenträgern. Eine davon sind Schneegrenzen oder Frostlinien. In einer zirkumstellaren Trümmerscheibe ist eine Frostlinie die Entfernung vom Stern, in der es kalt genug ist, damit flüchtige Stoffe gefrieren können. Dies umfasst nicht nur Wassereis, sondern auch Ammoniak, Methan, Kohlendioxid und andere. Jenseits der Frostgrenze gefrieren diese Substanzen zu festen Eiskörnern.
Eine weitere mögliche Erklärung für diese Lücken ist das Sintern von Staubkörnern. Dann verdichtet sich Staub durch Hitze und Druck zu einer festen Struktur, ohne jedoch zu schmelzen. Ein Team von Wissenschaftlern hat diese Idee in diesem Artikel untersucht.
Andere Kandidaten sind magnetohydrodynamische Effekte, zonale Strömungen und selbstinduzierte Staubfallen. Nach dem ALMA-Bild von HL Tauri und seinen Ringen aus dem Jahr 2014 veröffentlichten die Forscher eine Reihe von Artikeln, die Beweise für all diese möglichen Erklärungen vorlegten.
Aber keiner von ihnen ist so faszinierend wie die Erklärung des Babyplaneten. Und da wir jetzt wissen, dass die meisten, wenn nicht alle Sterne Exoplaneten beherbergen, ist dies sinnvoll.
ALMA fotografiert nicht nur diese jungen Stars und ihre Trümmerscheiben. Es nutzt seine Kraft, um die Gasverteilung in den Scheiben zu untersuchen. Das Bild unten stammt aus der neuen Studie. Es vergleicht die Gasverteilung in fünf Scheiben mit Geschwindigkeitsmessungen derselben Scheibe.
Im Zentrum dieser neuen Studie stehen sogenannte "Velocity Kinks".
Die zirkumstellare Trümmerscheibe um HL Tauri und andere junge Sterne besteht größtenteils aus Gas und dreht sich. Während es sich dreht, wird seine Bewegung von der Kepler-Geschwindigkeit bestimmt. Die Kepler-Geschwindigkeit beschreibt, wie sich eine Materialscheibe bewegen sollte, wenn sie in ihrer Mitte von einem massiven Körper dominiert wird. Aber wie das Bild oben zeigt, gibt es Knicke im Gas. Laut den Autoren des neuen Papiers sind diese Knicke ein Beweis für junge Planeten.
Aus dem Artikel: "Eingebettete Planeten stören den Kepler-Gasfluss in ihrer Nähe und lösen Spiralwellen bei Lindblad-Resonanzen sowohl innerhalb als auch außerhalb ihrer Umlaufbahnen aus."
Für mindestens einen der 20 jungen Sterne ist die gestörte Strömung ein Beweis für große Gasriesen: „Genaue Messungen von Rotationskurven ergaben beispielsweise radiale Druckgradienten und vertikale Strömungen, die wahrscheinlich durch Lücken in der Gasoberflächendichte von Jupiter verursacht wurden -Massenplaneten auf der Festplatte von HD 163296. ”
Die Studie liefert viele starke Beweise für die Unterstützung von Protoplaneten. Die Autoren erkennen jedoch an, dass es andere Ursachen geben könnte. Eine davon befindet sich in den Daten selbst.
"Verschiedene Beobachtungseffekte und physikalische Mechanismen können Merkmale in den Kanalkarten erzeugen, die wie Geschwindigkeitsknicke aussehen", sagen die Autoren. „Am offensichtlichsten ist der Rekonstruktionsprozess bei einem niedrigen Signal-Rausch-Verhältnis, der häufig zu uneinheitlichen Emissionen führt, die mit Knicken verwechselt werden können. Wir können nicht ausschließen, dass solche Artefakte in den DSHARP-Daten vorhanden sind… “
Sie haben jedoch Schritte unternommen, um diese Fehler zu beseitigen, und am Ende ihres Beitrags geben sie mehrere zusammenfassende Aussagen ab:
- "Wir haben neun lokalisierte (kanalspezifische) Geschwindigkeitsstörungen gefunden, die auf eine nicht-Kepler-Bewegung bei DSHARP-Beobachtungen von 8 protoplanetaren Scheiben aus den 18 ausgewählten Quellen hinweisen."
- "Das Vorhandensein eingebetteter Planeten würde natürlich sowohl die Kontinuumsringe als auch die Gasgeschwindigkeitsabweichungen von der Kepler-Rotation erklären."
- "Wenn Planeten tatsächlich für diese vorläufigen Geschwindigkeitsknicke verantwortlich sind, sollten sie Massen in der Größenordnung einer Jupitermasse haben."
- In einigen Fällen konnten die Autoren keine endgültigen Schlussfolgerungen ziehen. "... Nichterkennungen in anderen Scheiben oder in anderen Lücken in Scheiben, in denen wir einen Knick festgestellt haben, bedeuten nicht unbedingt das Fehlen von Jupiter-Massenplaneten."
Da haben wir es also. Dieses gründliche und interessante Papier bringt die Idee voran, dass Lücken in zirkumstellaren Trümmerscheiben tatsächlich durch Babyplaneten verursacht werden.
Wenn unsere Beobachtungsgabe wächst und Teleskope wie James Webb und andere in Betrieb genommen werden, werden die Beweise wahrscheinlich schlüssiger.
Aber in der Wissenschaft wissen Sie es erst, wenn Sie es wissen.
Mehr:
- Pressemitteilung: Ausgewähltes Bild: Beweise für Planeten in Scheiben?
- Forschungsbericht: Neun lokalisierte Abweichungen von der Kepler-Rotation in den zirkumstellaren DSHARP-Scheiben: Kinematischer Nachweis für Protoplaneten, die die Lücken schließen
- Space Magazine: Schauen Sie sich diese faszinierende Vielfalt planetbildender Scheiben um andere Sterne an
