Freitag, 7. Juni 2013

Kometenfabrik entdeckt - Langjähriges Rätsel um Planetenentstehung gelöst


Künstlerische Darstellung der von ALMA beobachteten Kometenfabrik (Illu.).
| Copyright: ESO/L. Calçada


Leiden (Niederlande) - Ein internationales Astronomenteam hat mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) der Europäischen Südsternwarte (ESO) eine Region um einen jungen Stern aufgenommen, in der Staubpartikel langsam anwachsen können, indem sie nach und nach zusammenklumpen. Damit konnte eine solche Staubfalle erstmals eindeutig beobachtet und modelliert werden und so zugleich das lange Jahre ungeklärte Rätsel wie Staubteilchen in den Scheiben um junge Sterne zu größeren Objekten anwachsen können, aus denen schließlich Kometen, Planeten und andere Körper aus Gestein werden, gelöst werden.

Wie die Astronomen um Nienke van des Marel von der Sternwarte in Leiden aktuell in der Fachzeitschrift "Science" berichten, verstanden Astronomen und Astrophysiker bislang noch nicht ganz wie Planeten eigentlich entstehen. Auch viele Aspekte bei der Bildung von Kometen und anderen gesteinsartigen Objekten waren bislang ein Rätsel.


Zumindest einer der grundlegenden Fragen kann nun mit der ALMA-Beobachtung beantwortet werden: Wie schaffen es winzige Staubkörnchen in den Scheiben um junge Sterne immer größer zu werden - und schließlich zu Steinen oder sogar Felsbrocken von über einem Meter Durchmesser anzuwachsen?


www.grenzwissenschaft-aktuell.de
+ + + HIER können sie unseren täglichen Newsletter bestellen + + +

Schon frühere Computermodelle ließen bislang vermuten, dass Staubkörner wachsen, wenn sie zusammenstoßen und aneinander kleben bleiben. "Wenn jedoch größere Staubkörner bei hohen Geschwindigkeiten miteinander kollidieren, werden sie oft wieder in kleine Stückchen zerschlagen und fangen somit wieder bei Null an", erläutert die ESO-Pressemitteilung. "Aber selbst wenn das nicht passiert, zeigen Modelle, dass sich die größeren Staubkörner aufgrund der Reibung zwischen Staub und Gas in der Scheibe, in der sie sich befinden, schnell zu deren Zentrum bewegen und schließlich auf ihren Mutterstern fallen würden, so dass sie ebenfalls keine Chance hätten größer zu werden."


Der Staub braucht also eine Art sicheren Hafen, in dem Staubteilchen weiter wachsen können, bis sie groß genug sind, um weiter bestehen zu können. Solche "Staubfallen" wurden zuvor zwar schon als Lösung des Rätsels vorgeschlagen, aber bislang gab es keine Beobachtungen, die ihre Existenz belegt haben.


Zusammen mit internationalen Kollegen hat Nienke van des Marel mit ALMA die Scheibe in einem Sternsystem namens "Oph-IRS 48" untersucht und hierbei herausgefunden, dass der Stern von einem Ring aus Gas mit einem Loch umgeben war, das vermutlich von einem unsichtbaren Planeten oder einem Begleitstern verursacht worden war. Schon zuvor hatten Beobachtungen mit dem Very Large Telescope bereits zeigen können, dass kleine Staubteilchen dort eine ähnliche Ringstruktur bilden. Doch die neuen ALMA-Aufnahmen von dem Ort, an dem die millimetergroßen Staubteilchen gefunden wurden, sah vollkommen anders aus.


"Wir waren wir von der Verteilung des Staubs auf dem Bild vollkommen überrascht", erzählt van der Marel. "Anstatt des Rings, den wir erwartet hatten, sieht man die Form einer Cashewnuss! Wir mussten uns erstmal selbst davon überzeugen, dass diese Struktur auch wirklich echt ist. Das starke Signal und die Schärfe der ALMA-Aufnahmen lassen daran aber keinen Zweifel. Erst danach haben wir begriffen, was wir da entdeckt hatten."



ALMA-Aufnahme der Kometenfabrik um Oph-IRS 48.
| Copyright: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Nienke van der Marel


Bei dem Fund handelt es sich um eine Region, in der größere Staubkörner gefangen werden und durch Kollisionen und Aneinanderhaftenbleiben weiter wachsen können. Es handelt sich um eine Staubfalle - genau das, wonach die Theoretiker gesucht hatten.


"Es ist sehr wahrscheinlich, dass wir auf eine Art Kometenfabrik schauen, da die Bedingungen dort im Moment gerade so sind, dass Staubteilchen von Millimeter- zu Kometengröße heranwachsen können. Es ist unwahrscheinlich, dass sich aus dem Staub bei dieser Entfernung vom Stern ausgewachsene Planeten bilden. Aber ALMA wird in naher Zukunft auch in der Lage sein, Staubfallen näher am Mutterstern zu beobachten, wo derselbe Mechanismus am Werk ist. Solche Staubfallen wären dann wirklich die Geburtsstätten von neuen Planeten", erklärt van der Marel.


Eine derartige Staubfalle entsteht, wenn größere Staubteilchen in Gebiete höheren Drucks wandern. Computermodelle haben gezeigt, dass solch ein Hochdruckgebiet durch die Bewegung des Gases am Rand einer Lücke entstehen kann - ähnlich wie jenes, das nun in der Scheibe beobachtet wird.


"Die Kombination aus Modellierung und hochqualitativen ALMA-Beobachtungen macht dieses Projekt einzigartig", erläutert Cornelis Dullemond vom Institut für Theoretische Astrophysik am Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Mitglied des Teams und ein Experte auf dem Gebiet der Staubentwicklung und der Scheibenmodellierung. "Etwa zur gleichen Zeit als diese Beobachtungen gemacht wurden, haben wir an Modellen gearbeitet, die genau diese Art von Strukturen vorhergesagt hat: ein sehr glücklicher Zufall also."



ALMA- und VLT-Aufnahme der Kometenfabrik im Ring um Oph-IRS 48.
| Copyright: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Nienke van der Marel


Die Beobachtungen wurden durchgeführt, als ALMA sich noch im Aufbau befand. Das Team hat dazu den Band 9-Empfänger von ALMA genutzt - in Europa hergestellte Geräte, die es ALMA ermöglichen seine bisher schärfsten Bilder zu erstellen.


"Diese Beobachtungen demonstrieren, dass ALMA selbst mit weniger als der Hälfte des vollen Ausbaus in der Lage ist, herausragende wissenschaftliche Arbeit zu leisten", ergänzt Ewine van Dishoeck von der Sternwarte Leiden, die bereits 20 Jahre lang maßgebliche Beiträge zum ALMA-Projekt leistet. "Der unglaubliche Sprung in Band 9, sowohl in der Empfindlichkeit als auch bei der Schärfe der Bilder, gibt uns die Möglichkeit die grundlegenden Aspekte der Planetenentstehung auf eine Art und Weise zu untersuchen, die uns bislang verschlossen gewesen ist."


grenzwissenschaft-aktuell.de

Quelle: ESO.org
Copyright: grenzwissenschaft-aktuell.de
(falls nicht anders angegeben)


Für die Inhalte externer Links übernehmen wir keine Verantwortung oder Haftung.


WEITERE MELDUNGEN finden Sie auf unserer STARTSEITE