Seit Jahrzehnten ist die Nebelhypothese die am weitesten verbreitete Ansicht darüber, wie sich unser Sonnensystem gebildet hat. Nach dieser Theorie haben sich die Sonne, die Planeten und alle anderen Objekte im Sonnensystem vor Milliarden von Jahren aus nebulösem Material gebildet. Dieser Staub erlebte einen Gravitationskollaps in der Mitte und bildete unsere Sonne, während der Rest des Materials einen zirkumstellaren Trümmerring bildete, der sich zu den Planeten zusammenschloss.
Dank der Entwicklung moderner Teleskope konnten Astronomen andere Sternensysteme untersuchen, um diese Hypothese zu testen. Leider konnten Astronomen in den meisten Fällen nur Trümmerringe um Sterne mit Hinweisen auf Planeten in Formation beobachten. Erst kürzlich konnte ein Team europäischer Astronomen ein Bild eines neugeborenen Planeten aufnehmen und so zeigen, dass Trümmerringe tatsächlich der Geburtsort von Planeten sind.
Die Forschung des Teams erschien in zwei Artikeln, die kürzlich in veröffentlicht wurden Astronomie & Astrophysik, mit dem Titel "Entdeckung eines Planetenmassenbegleiters innerhalb der Lücke der Übergangsscheibe um PDS 70" und "Orbital- und atmosphärische Charakterisierung des Planeten innerhalb der Lücke der PDS 70-Übergangsscheibe". Das Team hinter beiden Studien bestand aus Mitgliedern des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) sowie mehreren Observatorien und Universitäten.
Für ihre Studien wählten die Teams PDS 70b, einen Planeten, der in einer Entfernung von 22 astronomischen Einheiten (AUs) von seinem Wirtsstern entdeckt wurde und von dem angenommen wurde, dass er ein neu gebildeter Körper ist. In der ersten Studie, die von Miriam Keppler vom Max-Planck-Institut für Astronomie geleitet wurde, gab das Team an, wie sie die protoplanetare Scheibe um den Stern PDS 70 untersuchten.
PDS 70 ist ein massearmer T-Tauri-Stern im Sternbild Centaurus, ungefähr 370 Lichtjahre von der Erde entfernt. Diese Studie wurde unter Verwendung von Archivbildern im nahen Infrarotbereich durchgeführt, die mit dem Instrument Spectro-Polarimetric High-Contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) am Very Large Telescope (VLT) der ESO und dem Coronagraphic Imager im nahen Infrarot des Gemini South Telescope aufgenommen wurden .
Mit diesen Instrumenten entdeckte das Team erstmals einen jungen Planeten (PDS 70b), der in einer Lücke in der protoplanetaren Scheibe seines Sterns umkreist und sich ungefähr drei Milliarden Kilometer von seinem Zentralstern entfernt befindet - ungefähr die gleiche Entfernung zwischen Uranus und die Sonne. In der zweiten Studie unter der Leitung von Andre Muller (ebenfalls vom MPIA) beschreibt das Team, wie sie mit dem SPHERE-Instrument die Helligkeit des Planeten bei verschiedenen Wellenlängen messen.
Daraus konnten sie feststellen, dass PDS 70b ein Gasriese ist, der etwa neun Jupitermassen und eine Oberflächentemperatur von etwa 1000 ° C (1832 ° F) aufweist, was ihn zu einem besonders „heißen Super-Jupiter“ macht. Der Planet muss jünger sein als sein Wirtsstern und wächst wahrscheinlich noch. Die Daten zeigten auch, dass der Planet von Wolken umgeben ist, die die vom Planetenkern und seiner Atmosphäre emittierte Strahlung verändern.
Dank der fortschrittlichen Instrumente konnte das Team auch ein Bild des Planeten und seines Systems gewinnen. Wie Sie auf dem Bild (oben) und dem Video unten sehen können, ist der Planet als heller Punkt rechts von der geschwärzten Bildmitte sichtbar. Diese dunkle Region ist auf einen Korongraphen zurückzuführen, der das Licht des Sterns blockiert, damit das Team den viel schwächeren Begleiter erkennen kann.
Wie Miriam Keppler, Postdoktorandin am MPIA, kürzlich in einer Pressemitteilung der ESO erklärte:
„Diese Scheiben um junge Sterne sind die Geburtsorte von Planeten, aber bisher haben nur eine Handvoll Beobachtungen Hinweise auf Babyplaneten in ihnen entdeckt. Das Problem ist, dass bis jetzt die meisten dieser Planetenkandidaten nur Merkmale in der Scheibe gewesen sein könnten. “
Die Forscherteams entdeckten nicht nur den jungen Planeten, sondern stellten auch fest, dass er die protoplanetare Scheibe geformt hat, die den Stern umkreist. Im Wesentlichen hat die Umlaufbahn des Planeten ein riesiges Loch in der Mitte der Scheibe verfolgt, nachdem sich Material daraus angesammelt hat. Dies bedeutet, dass sich PDS 70 b immer noch in der Nähe seines Geburtsortes befindet, wahrscheinlich immer noch Material ansammelt und weiter wächst und sich verändert.
Seit Jahrzehnten sind sich Astronomen dieser Lücken in der protoplanetaren Scheibe bewusst und spekulieren, dass sie von einem Planeten produziert wurden. Jetzt haben sie endlich die Beweise, um diese Theorie zu stützen. Wie André Müller erklärte:
“Kepplers Ergebnisse geben uns ein neues Fenster zu den komplexen und wenig verstandenen frühen Stadien der planetaren Evolution. Wir mussten einen Planeten in der Scheibe eines jungen Sterns beobachten, um die Prozesse hinter der Planetenbildung wirklich zu verstehen.“
Diese Studien werden für Astronomen ein Segen sein, insbesondere wenn es um theoretische Modelle der Planetenbildung und -entwicklung geht. Durch die Bestimmung der atmosphärischen und physikalischen Eigenschaften des Planeten konnten die Astronomen Schlüsselaspekte der Nebelhypothese testen. Die Entdeckung dieses jungen, staubbedeckten Planeten wäre ohne die Fähigkeiten des SPHERE-Instruments der ESO nicht möglich gewesen.
Dieses Instrument untersucht Exoplaneten und Scheiben um nahegelegene Sterne mithilfe einer als kontrastreiche Bildgebung bekannten Technik, stützt sich jedoch auch auf fortschrittliche Strategien und Datenverarbeitungstechniken. SPHERE blockiert nicht nur das Licht eines Sterns mit einem Koronagraph, sondern kann auch die Signale schwacher planetarischer Begleiter um helle junge Sterne bei mehreren Wellenlängen und Epochen herausfiltern.
Wie Prof. Thomas Henning - der Direktor von MPIA, der deutsche Co-Ermittler des SPHERE-Instruments und leitender Autor der beiden Studien - in einer kürzlich veröffentlichten MPIA-Pressemitteilung feststellte:
„Nach zehn Jahren der Entwicklung neuer leistungsfähiger astronomischer Instrumente wie SPHERE zeigt uns diese Entdeckung, dass wir zum Zeitpunkt ihrer Entstehung endlich Planeten finden und untersuchen können. Das ist die Erfüllung eines lang gehegten Traums. “
Zukünftige Beobachtungen dieses Systems werden es Astronomen auch ermöglichen, andere Aspekte von Planetenbildungsmodellen zu testen und etwas über die frühe Geschichte von Planetensystemen zu lernen. Diese Daten werden auch einen großen Beitrag zur Bestimmung der Entstehung und Entwicklung unseres eigenen Sonnensystems in seiner frühen Geschichte leisten.
