Bildliche Auflösung des planetesimalen Gürtels um HR 8799

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Ein Submillimeter-Bild der planetesimalen Scheibe um den Stern HR 8799, das erste direkt abgebildete System aus vier Exoplaneten und ihrer Staubscheibe. Der Einschub zeigt den innersten Bereich des Systems und den Ort der vier Exoplaneten.
ALMA; Booth et al.

Planeten entwickeln sich aus der staubigen Materialscheibe, die einen Stern umgibt, nachdem er beginnt, zu strahlen. Nach den meisten Modelle beginnt der Staub in dieser Scheibe aneinanderzukleben, bis sich Klumpen entwickeln, die groß genug sind, andere Klumpen über die Schwerkraft anzuziehen. Astronomen vermuten, daß der Prozeß der Planetenbildung und Scheibenauflösung ungefähr zehn Millionen Jahre in Anspruch nimmt. Es bleiben jedoch viele Fragen offen, wozu die Tendenz des Staubs gehört, nicht zusammenzukleben oder die Wahrscheinlichkeit, daß kollidierende Klumpen eher auseinanderbrechen als sich zusammenzuballen. Entdeckungen von Exoplaneten aus jüngster Zeit beginnen sich nun mit Untersuchungen von Planetesimalscheiben zu überschneiden und ermöglichen es Astronomen, die Entstehung und Entwicklung eines stellaren Systems von Planeten und deren Wechselwirkung mit der Scheibe zu untersuchen.

Direktes Abbilden von Staubscheiben ist sehr beschränkt gewesen und bis jetzt hat man in erster Linie Gebiete in Scheiben bei den äußeren Zonen der Planetensysteme – analog zum Kuipergürtel in unserem eigenen Sonnensystem – untersucht. Gleichzeitig hat sich die große Mehrheit der entdeckten und untersuchten Exoplaneten bisher sehr nah am Stern befunden, ja sogar in einem Abstand, der im Sonnensystem innerhalb der Umlaufbahn des Merkurs liegen würde. Der Stern HR 8799 ist bis jetzt der einzige Stern, bei dem durch direkte Abbildung mehrere Planeten entdeckt wurden. Seine zirkumstellare Scheibe ist seit mehreren Jahrzehnten bekannt und unter der Annahme von drei Zonen modelliert worden: ein Gegenstück zum inneren Asteroidengürtel, ein Gürtel mit Planetesimalen, der von rund 100 bis etwa 430 Astronomischen Einheiten (AE) reicht, und ein Halo, der sich bis zu 1.500 AE ausdehnt.

Denis Barkats vom CfA gehörte einer Gruppe von Astronomen an, die mit ALMA, einer riesigen Anlage zum Empfang von Submillimeter-Wellen, die Scheibe um HR 8799 mit einer räumlichen Auflösung von weniger als 32 AE abbildete, klein genug, um die inneren Zonen der Scheibe zu untersuchen. Die Gruppe hat ermittelt, daß der innere Rand des aus Planetesimalen bestehenden Gürtels tatsächlich bei ungefähr 145 AE beginnt und sich bis auf eine Entfernung von 430 AE ausdehnt. Die vier bekannten Exoplaneten in diesem System bewegen sich innerhalb des vom inneren Rand eingeschlossenen Gebiets. Der entfernteste dieser vier Planeten, Planet b, hat eine chaotische Umlaufbahn, die ihn vermutlich über diese innere Grenze hinausführt, was bei dieser Auslegung ein Stabilitätsproblem nahelegt. Die Astronomen schlagen zwei interessante Ideen vor: entweder hat sich die Umlaufbahn von Planet b im Lauf der Zeit mehr verändert als angenommen oder es gibt dort einen fünften, bisher unentdeckten kleinen Planeten in einer größeren Umlaufbahn, dessen Schwerkraft eine gewisse Stabilität verleiht. Wie auch immer die Antwort aussieht, die neue Arbeit kennzeichnet den Anbruch eines neuen Zeitalters der Abbildung und Untersuchung extrasolarer Planetensysteme.

Literatur:

„Resolving the Planetesimal Belt of HR 8799 with ALMA“

Mark Booth, Andres Jordan, Simon Casassus, Antonio S. Hales, William R. F. Dent, Virginie Faramaz, Luca Matra, Denis Barkats, Rafael Brahm, and Jorge Cuadra

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters 460, L10–L14 (2016)