Übergangsscheiben um junge Sterne

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Aufnahme einer sternbildenden Dunkelwolke im Sternbild Lupus. Eines der unsichtbaren, dort eingebetteten jungen Objekte hat eine zirkumstellare Scheibe aus Material, deren infrarote und Submillimeter-Strahlung darauf hinweist, daß der Stern im Alter zwischen einem sehr jungen Stern und einem, der alt genug ist, ein Planetensystem gebildet zu haben und dabei die Scheibe verbraucht, liegt. ESO

 

Ein Stern entsteht üblicherweise mit einer ihn umkreisenden Scheibe aus Gas und Staub, die der rotierende Überrest aus einer viel größeren Wolke des ursprünglichen Materials ist. Wenn der Stern zu leuchten beginnt, entwickeln sich in der Scheibe Planeten aus den Staubkörnchen, wenn diese aneinanderhaften und wachsen. Obwohl die allermeisten der sehr jungen Sterne indirekte Hinweise auf solche zirkumstellare Scheiben liefern, sind in nur wenigen Fällen Scheiben direkt abgebildet oder eingehend untersucht worden, denn ihre Abmessungen am Himmel sind gering (viel geringer als die atmosphärisch bedingten unscharfen Abmessungen der Sterne selbst) und in den meisten Situationen sind sie lichtschwächer als ihr Heimatstern. Die Entdeckung überall vorkommender Planeten („Exoplaneten“) um andere Sterne gibt den Gedanken über Scheiben zusätzliche Glaubwürdigkeit und führt zu der Notwendigkeit eines verbesserten Verständnisses der Einzelheiten zur Scheibenbildung, Scheibenstruktur und Scheibenentwicklung.

Es ist bekannt, daß junge Scheiben bei infraroten Wellenlängen strahlen, da sie durch den Stern auf Temperaturen erwärmt werden, die über den Temperaturen des kalten, umgebenden interstellaren Staubs liegen. Astronomen nutzen die jeweiligen Farben des Sterns und des Scheibensystems, um die Eigenschaften der jungen Scheibe zu beschreiben. Allerdings zeigen nach etwa fünf Millionen Jahren nahezu alle Sterne keinerlei Hinweise mehr auf warmen zirkumstellaren Staub; dies läßt vermuten, daß die meisten Scheiben (oder zumindest um Sterne von annähernd der Größe der Sonne) sich in dieser Zeit aufgelöst haben: das Scheibenmaterial ist auf den Stern akkretiert, in Planeten bzw. subplanetengroße Körper umgewandelt worden oder aber durch ultraviolettes Licht verdampft oder Winde aufgelöst worden. Sogenannte Übergangsscheiben überbrücken die Lücke zwischen den Endpunkten der Scheibenentwicklung: sie sind noch nicht verbraucht, doch obschon sie vorhanden sind, strahlen sie nur schwach im infraroten Licht, bei besonders kühlen Temperaturen.

Eine große Arbeitsgruppe, zu der auch die CfA-Astronomen Sean Andrews und David Wilner gehören, hat das Submillimeter Array (SMA) eingesetzt, um die Übergangsscheibe um Sz 91 zu untersuchen, ein junger Stern mit etwa halber Sonnenmasse, rund 600 Lichtjahre entfernt. Die Farbe seiner Infrarotstrahlung ist kennzeichnend für eine Übergangsscheibe und die Forscher wollten versuchen, die Möglichkeiten des SMA zu nutzen, um ein Bild der Scheibe zu erhalten, die sich dem Ende ihrer Existenz zu nähern scheint.

Sie waren erfolgreich. Die Gruppe hat die Scheibe direkt abgebildet und herausgefunden, daß es sich mehr um einen Ring als um eine Scheibe handelt, bei dem der Staub einen inneren Radius von 65 AU (eine Astronomische Einheit ist die durchschnittliche Entfernung Erde – Sonne) und einen äußeren Radius von 170 AU hat; rotierendes Gas ist bis zu 420 AU zu sehen. Die Masse der Scheibe ist vergleichsweise groß und entspricht in etwa der Masse des Jupiters. Die Gruppe hat festgestellt, daß die Infrarotstrahlung auch eine etwa 180 Kelvin warme Komponente besitzt. Diese warme Komponente ist vereinbar mit einem dünnen Ring innerhalb einer Scheibenlücke in nur 2.3 AU Entfernung vom Stern aber auch mit einem heißen Planeten innerhalb der Lücke. Die Ergebnisse bestätigen ältere Modelle von dem Objekt, gehen aber noch weiter und erlauben den Astronomen die Schlußfolgerung, daß dieser Stern sich wahrscheinlich in einem Stadium befindet, in dem die Planetenentstehung nahezu abgeschlossen ist.

Literatur:
„High-Resolution Submillimeter and Near-Infrared Studies of the transition disk around Sz 91“
Takashi Tsukagoshi et al.
The Astrophysical Journal, 783:90 (10pp), 2014 March 10