Donnerstag, 10. Oktober 2013

Sonnenlos: Astronomen finden weitere Einzelgängerplaneten


Einzelgänger 1: Künstlerische Darstellung des Objekts "PSO J318.5-22" mit etwa der sechsfachen Masse wie der größte Planet unseres Sonnensystems. | Copyright: MPIA / V. Ch. Quetz

Heidelberg (Deutschland) - Ein internationales Astronomenteam hat zwei neue Himmelskörper entdeckt, die unabhängig von einem Zentralgestirn durchs All treiben und zugleich die Grenzen zwischen den Eigenschaften bekannter Himmelsobjekte wie Sterne Planeten und Braune Zwerge verwischen. Derartige Einzelgänger, das zeigen die neuen Beobachtungen, entstehen auf ähnliche Weise wie junge Sterne und helfen Astronomen durch die ungestörte Beobachtbarkeit beim Verständnis der Sternentstehung.

Wie die Wissenschaftler unter anderem um Niall Deacon und Viki Joergens vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg vorab auf "arxiv.org" und aktuell in den Fachjournalen "Astrophysical Journal Letters" und "Astronomy and Astrophysics" berichten, haben sie zum einen das Bild eines ungewöhnlichen, frei im All treibenden "Planeten" aufgenommen. "Ohne Heimatstern ist das Objekt ungleich einfacher zu untersuchen als ein normaler Planet und verspricht neue Erkenntnisse über die Eigenschaften von Planetenatmosphären", so die Forscher.


Zu der Frage, wie sich derart massearme Einzelobjekte bilden, liefern unabhängige Beobachtungen eines Kollegenteams neue Daten: Die Forscher fanden heraus, dass ein ganz ähnliches massearmes Objekt derzeit auf die gleiche Weise geboren wird wie ein junger Stern.


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"Früher war alles einfacher", kommentiert die Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts: "Zum einen waren da Sterne - riesige selbstleuchtende Gaskugeln; dann gab es noch Planeten, mit sehr viel geringerer Masse, die das Licht ihrer Muttersonne jeweils nur reflektieren. Sterne entstehen aus dem Kollaps gigantischer Gaswolken; Planeten bilden sich in der Gas- und Staubscheibe rund um einen jungen Stern. Irgendwo dazwischen lagen Braune Zwerge: weniger massereich als ein Stern, sodass tief in ihrem Innern keine Kernfusionsreaktionen einsetzen konnten, aber massereicher als Planeten."


Die aktuellen Entdeckungen verwischen nun jedoch die Grenze zwischen den verschiedenen Typen von Himmelskörpern: "Danach können auch frei im All treibende Objekte mit ähnlicher Masse wie die Planeten auf die gleiche Weise entstehen wie Sterne."


Die erste Entdeckung gelang einem internationalen Team unter der Leitung von Michael Liu von der Universität Hawaii. Die Astronomen fanden mit dem Pan-STARRS1 (PS1)-Teleskop auf Hawaii ein exotisches junges Himmelsobjekt mit gerade einmal dem Sechsfachen der Jupitermasse, das allein durch den Weltraum treibt - ganz ohne Zentralgestirn.


Dieses Objekt mit der Katalognummer "PSO J318.5-22" 80 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Steinbock und hat ähnliche Eigenschaften wie die gigantischen Gasplaneten, die man in der Nähe einiger junger Sonnen aufgespürt hat. "Mit einem Alter von rund zwölf Millionen Jahren ist der Himmelskörper, gemessen an den Zeitskalen der Stern- und Planetenentstehung, noch recht jung."


Obwohl Astronomen seit 1995 mittlerweile bald annähernd 1000 Planeten außerhalb des Sonnensystems entdeckt haben, gibt es nur von einer Handvoll dieser sogenannten Exoplaneten direkte Abbildungen - und zwar jeweils von Planeten mit jungen Heimatsternen (weniger als 200 Millionen Jahre alt). In Masse, Farbe und Energieausstoß hat PSO J318.5-22 große Ähnlichkeit mit den auf diesen Bildern sichtbaren Objekten.


Wie Deacon erläutert, gilt der Fund den Astronomen als Glücksfall: "Es ist ungemein schwierig, die bisherigen Planeten, von denen es Abbildungen gibt, eingehender zu untersuchen. Direkt neben dem Planeten leuchtet schließlich jeweils der sehr viel hellere Heimatstern." PSO J318.5-22 dagegen kreise nicht um einen Stern und werde sich daher ungleich einfacher studieren lassen. "Davon erhoffen wir uns Erkenntnisse über die Eigenschaften und Strukturen von Gasriesen wie Jupiter in einer frühen Phase ihrer Entwicklung." Mit nur sechs Jupitermassen ist PSO J318.5-22 eines der bislang masseärmsten frei im All treibend nachgewiesenen Objekte - womöglich sogar das masseärmste.


Während sich Astrophysiker größtenteils einig darüber sind, dass herkömmliche Planeten in Gas- und Staubscheiben rund um ihren in Entstehung befindlichen Heimatstern geboren werden, war bislang noch weitgehend unklar, wie der Entstehungsprozess angesichts von Einzelobjekten mit derart geringer Masse vor sich geht. Können sich frei treibende Objekte, aber etwa auch Braune Zwerge ganz allgemein, auf die gleiche Weise bilden wie herkömmliche Sterne?


Eine umfangreiche Untersuchung, durch eine weitere Gruppe von Astronomen unter der Leitung von Joergens legt zeitgleich genau das nahe. Die Forscher dieser Gruppe untersuchten ein Objekt mit der Katalognummer "OTS44", das nur rund zwei Millionen Jahre alt und damit sozusagen gerade erst "geboren" wurde.



Einzelgänger 2: Das Objekt "OTS44" hat sich offenbar in der gleichen Weise gebildet wie ein Stern. Auch jetzt noch fallen beachtliche Mengen von Materie aus der umgebenden Scheibe auf OTS44. | Copyright: A. M. Quetz

Dieses Objekt hat eine Masse vom schätzungsweise Zwölffachen der des Jupiters (also etwas mehr als PSO J318.5-22) und treibt ebenfalls ohne Zentralgestirn durchs All - jedoch in einem weitaus "belebteren" Gebiet: der Chamaeleon-Sternentstehungsregion im südlichen Sternbild Chamaeleon, etwas mehr als 500 Lichtjahre von der Erde entfernt, in dem viele neue Sterne aus dem Kollaps von Gas- und Staubwolken geboren werden.


Tatsächlich ist nun auch OTS44 genau wie ein junger Stern von einer Scheibe aus Gas und Staub umgeben. Und, wie die Gruppe um Joergens gezeigt hat, ist die Geburt dieses Objekts noch gar nicht ganz abgeschlossen.


Für ihre Analysen zerlegten die Astronomen das Licht von OTS44 mittels des SINFONI-Spektrografen am Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) in seine Bestandteile und fanden dabei Anzeichen dafür, dass OTS44 auch jetzt noch Materie aus der ihn umgebenden Scheibe auf sich zieht und so an Masse zunimmt.


Durch den Vergleich von Daten verschiedener Teleskope - unter anderem des Weltraumteleskops "Herschel" - mit einem sorgfältig rekonstruierten Modell des freifliegenden Planeten konnten Joergens und ihre Kollegen außerdem nachweisen, dass die Scheibe, die OTS44 umgibt, mindestens 30-mal soviel Masse in sich vereint wie die Erde.


Sowohl die beachtliche Scheibe als auch das einfallende Material (Akkretion) werten die Wissenschaftler als "klare Hinweise auf Entstehungsprozesse, wie sie für die Sterngeburt typisch sind". Zumindest von der Entstehung her scheint es also keinen grundlegenden Unterschied zwischen Objekten wie OTS44 und herkömmlichen Sternen zu geben. OTS44 hat dabei mit die niedrigste Masse aller Objekte, bei denen man eine Scheibe und einfallendes Material nachgewiesen hat.


"Wir sehen also, dass OTS44 genauso geboren wird wie ein normaler Stern", sagt Joergens. Für die Forscher, die sich mit der Sternentstehung beschäftigen, sei das eine Schlüsselinformation, denn: "Von Sternen bis hinunter zu Einzelobjekten mit der Masse von Planeten laufen die gleichen Prozesse ab."


"Beide Objekte", so schließen die Astronomen, "fügen sich nicht recht in die existierenden Kategorien ein. Einsamer Planet oder Brauner Zwerg mit extrem geringer Masse? Wer auf Nummer sicher gehen möchte, der sollte allgemeiner von frei schwebenden Objekten mit planetaren Massen reden." Die beiden "Objekte" seien "ein weiteres Zeichen dafür, dass unsere herkömmliche Einteilung von Planeten und Sternen, bei der man die Masse als Anhaltspunkt nimmt, uns nichts über die innere Struktur oder die Entwicklungsgeschichte solcher Objekte verrät", konstatiert auch Hubert Klahr vom Max-Planck-Institut für Astronomie, ein Experte für die Simulation von Stern- und Planetenentstehung.


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Quelle: mpia.de
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