Freitag, 13. April 2012

Fomalhaut: Neues Observatorium offenbart Aufbau eines nahe gelegenen Planetensystems

Diese Darstellung zeigt den Staubring um den hellen Stern Fomalhaut, wie er mit ALMA (bislang erst teilweise) beobachtet wurde. In blau ist eine frühere Aufnahme des Hubble-Weltraumteleskops unterlegt. (Klicken Sie auf die Bildmitte, um zu einer vergrößerten Darstellung zu gelangen.) | Copyright: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO). Visible light image: the NASA/ESA Hubble Space Telescope

Garching/ Deutschland - Obwohl noch im Bau, hat das Observatorium Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Astronomen schon zu einem Durchbruch beim Verständnis eines nahe gelegenen Planetensystems verholfen und wertvolle Hinweise geliefert, wie solche Objekte entstehen und sich entwickeln. Die Astronomen stellten fest, dass Planeten, die den Stern Fomalhaut umkreisen, deutlich kleiner sind als bisher angenommen.

Die Entdeckung, so erläutert die Pressemitteilung der Europäischen Südsternwarte (ESO, eso.org), beruht auf außergewöhnlich scharfen ALMA-Aufnahmen einer Scheibe bzw. eines Ringes um den Stern Fomalhaut, 25 Lichtjahre von der Erde entfernt.

Die ALMA-Daten zeigen, dass sowohl der innere als auch der äußere Rand der dünnen Staubscheibe scharf begrenzt ist. Im Vergleich mit Computersimulationen konnten die Wissenschaftler aus dieser Tatsache darauf schließen, dass die Staubteilchen durch die Wirkung der Schwerkraft zweier Planeten in der Scheibe gehalten werden, wobei einer der Planeten den Stern innerhalb des Ringes und der andere außerhalb umläuft. Mithilfe dieser Beobachtungen lässt sich eine Streitfrage zur Natur des Systems klären, die sich aus vorangegangenen Beobachtungen ergeben hatte.

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Die Berechnungen liefern Zahlenwerte für die Größe der angenommenen Planeten. Die Planeten müssen demnach größer als der Mars sein, können aber maximal einige Male so groß sein wie die Erde. Damit sind die Planeten deutlich kleiner als bislang angenommen: Noch 2008 hatten Aufnahmen des NASA/ESA-Weltraumteleskops Hubble den inneren der beiden Planeten zeigen können. Damals waren die Forscher allerdings davon ausgegangen, dass er größer als Saturn wäre (...wir berichteten, s. Links). Bei späteren Beobachtungen mit Infrarotteleskopen war es dann allerdings nicht mehr gelungen, den Planeten nachzuweisen und die Existenz des Planeten wurde von vielen Astronomen angezweifelt.

Während die Hubble-Bilder im sichtbaren Licht aufgenommen wurden und daher auch kleine Staubkörner zeigen, die durch die Strahlung des Sterns nach außen getrieben werden - weswegen das Abbild der Staubscheibe merklich undeutlicher wird, beobachtet ALMA nicht im sichtbaren Licht sondern bei viel größeren Wellenlängen. ALMA weist daher nur viel größere Staubkörner mit einem Durchmesser von etwa einem Millimeter nach, und diese größeren Partikel werden von der Strahlung des Sterns nicht beeinflusst. So werden deutlich die scharfen Ränder und die ringförmige Struktur der Scheibe sichtbar, die genaue Rückschlüsse auf den Einfluss der Schwerkraft der zwei Planeten erlauben.

"Indem wir die Ergebnisse von Computersimulationen mit der Form der Scheibe vergleichen, die sich aus unseren ALMA-Daten ergibt, können wir die Masse und die Umlaufbahn eines Planeten in der Nähe des Ringes sehr genau bestimmen", erklärt der Leiter der Studie Aaron Boley, der als Sagan Fellow an der University of Florida arbeitet. "Wie sich zeigt, müssen die Planetenmassen sehr klein sein. Andernfalls würden die Planeten den Ring zerstören." Das erklärt auch, warum sich die Planeten in den früheren Infrarotbeobachtungen nicht nachweisen ließen.

Teilchen in dem Staubring um Fomalhaut werden durch die Schwerkraftwirkung der Planeten an ihrer Position gehalten. Der sich schneller bewegende innen laufende Planet überträgt Energie auf die Teilchen und treibt sie so nach außen. Der sich langsamer bewegende äußere Planet entzieht den Teilchen Energie und lässt sie nach innen zurückfallen. (Klicken Sie auf die Bildmitte, um zu einer vergrößerten Darstellung zu gelangen.) | Copyright: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/B. Saxton

Den ALMA-Daten nach misst der Ring vom inneren bis zum äußeren Rand rund das 16-fache des Abstands der Erde von der Sonne. Seine Dicke beträgt im Vergleich dazu nur ein Siebtel dieser Ausdehnung. "Der Ring ist viel schmaler und dünner als bisher gedacht", ergänzt Matthew Payne, ebenfalls von der University of Florida.

Der Ring befindet sich in einer Entfernung von etwa dem 140-fachen Abstand Erde-Sonne vom Stern (zum Vergleich: der Zwergplanet Pluto ist nur etwa 40 Mal so weit von der Sonne entfernt wie die Erde). Das Ringsystem hat also viel größere Ausmaße als unser Sonnensystem. "Aufgrund ihrer geringen Größe und ihres großen Abstands zum Stern sind die beiden Planeten in der Nähe des Rings die kältesten Planeten, die man bislang in der Umlaufbahn um einen normalen Stern gefunden hat", fügt Aaron Boley hinzu.

Die Astronomen beobachteten das Fomalhaut-System im September und Oktober 2011, und damit zu einer Zeit, als erst ein Viertel der vorgesehenen 66 Antennen von ALMA verfügbar waren. Nach der Fertigstellung im nächsten Jahr wird die Anlage dann noch einmal deutlich leistungsfähiger sein. Dennoch war ALMA schon in dieser frühen Phase der wissenschaftlichen Beobachtungen (Early-Science-Phase) in der Lage, deutliche Strukturen sichtbar zu machen, die allen früheren Beobachtern entgangen waren.

"Obwohl sich ALMA noch im Bau befindet, ist es bereits jetzt das leistungsfähigste Teleskop seiner Art. Dies ist erst der Beginn einer aufregenden neuen Ära in der Erforschung von Scheiben und der Entstehung von Planeten um andere Sterne“ schließt ESO-Astronom und Teammitglied Bill Dent (ALMA, Chile).

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Quellen: eso.org / grenzwissenschaft-aktuell.de
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