Der Einfluß von Planeten auf junge stellar Scheiben

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Falschfarbenbilder der Gas- (links) und Staubscheibe (rechts) um das junge stellare Objekt DoAr44. Die Ergebnisse zeigen, daß die Ausdehnung des Gasringes sehr viel kleiner als die des Staubrings (gestrichelte Linie) ist und untermauert die Vorstellung, bei der umlaufende Planeten den Ring nach außen gefegt haben.
ALMA: van der Marel et al.

 

Ein neuentstandener Stern besitzt üblicherweise eine Scheibe aus Gas und Staub, aus der sich Planeten entwickeln, wenn die Staubkörner zusammenstoßen, aneinander haften und wachsen. Für Sterne, die älter als etwa fünf Millionen Jahre sind, fehlen jedoch Belege für diese Scheiben, ein Hinweis darauf, daß in diesem Alter das meiste Scheibenmaterial entweder in Planeten oder kleinere Körper umgewandelt, auf den Stern akkretiert oder aus dem System vertrieben wurde. Übergangsscheiben überbrücken diesen Zeitraum der Scheibenentwicklung: sie sind noch nicht verschwunden, aber, aufgewärmt durch den Stern, können sie bei infraroten oder Millimeter-Wellenlängen entdeckt werden. Ihre infrarote Farbgebung kann zur Beschreibung ihrer Eigenschaften herangezogen werden. Sie weisen häufig im inneren Bereich staubfreie Zonen auf, die Astronomen manchmal als Anzeichen für die Anwesenheit von Planeten interpretierten, die ihre Umlaufbahnen leergefegt haben.

Allerdings deuten die Modelle über die Planet-Scheibe-Wechselwirkungen darauf hin, daß die Lücken im Staub nur eine indirekte Folge der planetaren Säuberung ist. Was in Wirklichkeit aufzutreten scheint ist, daß der Planet eine Lücke im Gas bewirkt und durch die Gasverteilung an den äußeren Rändern der Lücke anschließend die kleinen Staubkörner eingefangen werden und einen Staubring entstehen lassen, der häufig asymmetrisch ist. In diesem Bild gibt es einige Unklarheiten, da auch andere Mechanismen eine Lücke im Staub oder einen Staubring erzeugen könnten, wozu die Verdampfung nur von Staubkörnchen durch Sternlicht oder Instabilitäten im Staubring selbst gehören. Bestimmt man die Gasdichte innerhalb der Lücke, kann dies helfen, zwischen den verschiedenen Mechanismen zu unterscheiden.

Mit ALMA, dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, untersuchte CfA-Astronom Sean Andrews mit seinen Kollegen die Übergangsscheiben in vier relativ nah gelegenen, jungen Sternen. Die leistungsfähige neue Einrichtung kann in diesen Scheiben Ausdehnungen bis herab zu 24 Astronomischen Einheiten messen (eine AE ist die durchschnittliche Entfernung der Erde von der Sonne) und dies gelingt sowohl für die kleinen Staubkörner als auch für das warme Gas. Für alle vier Scheiben konnten die Forscher die Gasverteilung modellieren. Sie entdeckten, daß die Lücke im Gas bis zu zweimal kleiner als die Lücke im Staub war und die Gasdichte im Inneren der Lücke im Vergleich zur Dichte am Rand um zumindest den Faktor Tausend abfällt. Die Resultate weisen stark darauf hin, daß die Lücken tatsächlich durch umlaufende Planeten hervorgerufen wurden.

Literatur:
„Resolved gas cavities in transitional disks inferred from CO isotopologs with ALMA“
N. van der Marel, E. F. van Dishoeck, S. Bruderer, S. M. Andrews, K. M. Pontoppidan, G. J. Herczeg, T. van Kempen, and A. Miotello
Astronomy & Astrophysics 585, A58 (2016)