Eisiger Ring umgibt junges Planetensystem

Ein internationales Team von Astronomen machte mit dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) das erste komplette Millimeter-Wellenlängenbild eines Rings aus staubigen Trümmern um den jungen Stern Fomalhaut. Dieses bemerkenswert gut definierte Band aus Schutt und Gas ist wahrscheinlich das Ergebnis von kollidierenden Exokometen, die sich nahe der Außenkante eines Planetensystems befinden, das 25 Lichtjahre von der Erde entfernt ist.

Frühere ALMA-Beobachtungen von Fomalhaut - aufgenommen im Jahr 2012, als das Teleskop noch im Bau war – zeigte nur etwa die Hälfte der Trümmerscheibe. Obwohl dieses erste Bild nur ein Test der ursprünglichen Fähigkeiten von ALMA war, gab es dennoch interessante Hinweise über die Natur und den möglichen Ursprung der Scheibe.

Die neuen ALMA-Beobachtungen bieten eine erstaunlich vollständige Sicht auf dieses leuchtende Trümmerband und vieles deutet darauf hin, dass es chemische Ähnlichkeiten gibt zwischen den eisigen Inhalten der Scheibe und den Kometen unseres eigenen Sonnensystems.

„ALMA hat uns dieses erstaunlich klare Bild von einer vollständig geformten Trümmerscheibe gegeben“, sagte Meredith MacGregor, eine Astronomin am Harvard-Smithsonian Center für Astrophysik in Cambridge, Massachusetts, und Hauptautorin eines der beiden Papers, die im Astrophysikalischen Journal diese Beobachtungen beschreiben. „Wir können endlich die wohldefinierte Form der Scheibe sehen, die uns sehr viel über das zugrunde liegende Planetensystem vermitteln kann, das für sein unverwechselbare Aussehen verantwortlich ist.“

Fomalhaut ist ein relativ nahe gelegenes Sternsystem und eines von nur etwa 20 Systemen, in welchem Planeten direkt abgebildet wurden. Das gesamte System ist etwa 440 Millionen Jahre alt bzw. etwa ein Zehntel so alt wie unser Sonnensystem.

Wie im neuen ALMA-Bild zu sehen ist, hat sich rund 20 Milliarden Kilometer vom Stern entfernt ein ca. 2 Milliarden Kilometer breites brillantes Band rund um den Stern gebildet.

Trümmerscheiben sind gemeinsame Merkmale von jungen Sternen und stellen eine sehr dynamische und chaotische Zeit in der Geschichte eines Sonnensystems dar. Astronomen glauben, dass sie durch laufende Kollisionen von Kometen oder anderen Planetesimalen in den äußeren Bereichen eines vor kurzem entstandenen Planetensystems entstehen. Der übrig gebliebene Schutt von diesen Kollisionen absorbiert Licht von seinem Zentralstern und strahlt diese Energie als schwaches Millimeter-Wellenlängen-Glühen aus, das mit ALMA untersucht werden kann.

Mit Hilfe der neuen ALMA-Daten und der detaillierten Computermodellierung konnten die Forscher die genaue Lage, Breite und Geometrie der Scheibe berechnen. Diese Parameter bestätigen, dass ein solch schmaler Ring wahrscheinlich durch den gravitativen Einfluss von Planeten im System hervorgerufen wird, bemerkte MaxGregor.

Diese neuen ALMA-Beobachtungen sind auch die ersten, die definitiv den „Apocenter Glow“ zeigen, ein Phänomen, das in einem Paper aus dem Jahr 2016 von Margaret Pan, einer Wissenschaftlerin am Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, die eine Co-Autorin der neuen ALMA-Papers ist, prognostiziert wurde. Wie alle Objekte mit langgestreckten Bahnen, wandert das staubige Material in der Fomalhaut-Scheibe langsamer, wenn es am weitesten vom Stern entfernt ist. Wenn sich der Staub verlangsamt, kommt es zur Anhäufung und bildet dichtere Konzentrationen in den entfernteren Teilen der Scheibe. Diese dichten Regionen können von ALMA bei Millimeter-Wellenlängen als helle Emission gesehen werden.

Mit dem gleichen ALMA-Datensatz, aber mit Fokus auf verschiedene Signale bei Millimeter-Wellenlängen die von Molekülen im Raum emittiert wurden, erkannten die Forscher auch riesige Speicher von Kohlenmonoxidgas, die sich an genau der gleiche Stelle wie die Staubscheibe befinden.

„Diese Daten ermöglichten es uns zu bestimmen, dass die relative Häufigkeit von Kohlenmonoxid plus Kohlendioxid um Fomalhaut ungefähr die gleiche ist wie wir sie bei Kometen in unserem eigenen Sonnensystem gefunden haben“, sagte Luca Matrá von der Universität von Cambridge, UK, und leitender Autor vom Team des zweiten Papers. „Diese chemische Verwandtschaft kann auf eine Ähnlichkeit der Bedingungen für die Kometen-Entstehung zwischen den äußeren Bereichen dieses Planetensystems und dem unseren hinweisen.“ Matrá und seine Kollegen glauben, dass dieses Gas entweder durch laufende Kometen-Kollisionen freigesetzt wird, oder das Ergebnis eines einzigen großen Zusammenstoßes zwischen Superkometen ist, die hundertmal massiver waren als Hale Popp.

Die Anwesenheit dieser wohldefinierten Trümmerscheibe um Fomalhaut, zusammen mit ihrer merkwürdig vertrauten Chemie, kann darauf hindeuten, dass dieses System eine eigene Version des Late Heavy Bombardements durchmacht, einer Periode die vor etwa 4 Milliarden Jahren in unserem Sonnensystem stattfand, als die Erde und die anderen Planeten regelmäßig von Asteroiden- und Kometen-Schwärmen getroffen wurden, die von der Entstehung unseres Sonnensystems übrig geblieben sind.

„Vor zwanzig Jahren haben die besten Millimeter-Wellenlängen-Teleskope die ersten unscharfen Karten von Sandkörnern aufgenommen, die Fomalhaut umkreisen“. Jetzt, mit den enormen Fähigkeiten von ALMA wurde der gesamte Ring aus Material abgebildet“, sagte Paul Kalas, ein Astronom von der Universität von Kalifornien in Berkely und leitender Forscher dieser Beobachtungen. „Wir hoffen, dass wir eines Tages die Planeten erkennen können, welche die Umlaufbahnen dieser Gas- und Staubkörner beeinflussen.“


23. Mai 2017/SP
Verein Kuffner-Sternwarte