370 Lichtjahre von uns entfernt macht ein Sonnensystem Babyplaneten. Der Stern im Zentrum des Ganzen ist jung, nur etwa 6 Millionen Jahre alt. Und seine Babys sind zwei riesige Planeten, wahrscheinlich beide Gasriesen, die sich von gasförmiger Materie aus der Zirkumsolarscheibe des Sterns ernähren.
Der Wirtsstern in diesem System heißt PDS 70. PDS 70 ist etwas kleiner und weniger massereich als unsere Sonne und sammelt immer noch Materie an. Dieser junge Stern ist ein T-Tauri-Stern, was im Grunde bedeutet, dass sie sehr jung sind und gerade erst im Leben anfangen. Weil es so jung ist, bilden sich Planeten noch im Orbit um es herum. Und zu sehen, wie sich noch entstehende Planeten bilden, ist etwas, in dem Astronomen erst jetzt anfangen, gut zu werden.
"Dies ist die erste eindeutige Entdeckung eines Zwei-Planeten-Systems, das eine Scheibenlücke schneidet."
Julien Girard, Weltraumteleskop-Wissenschaftsinstitut.
Was die Bilder dieser jungen, sich noch bildenden Planeten interessant macht, ist, dass sie Beweise für unsere langjährige Theorie sind, wie sich Planeten in jungen Sonnensystemen bilden. Diese Theorie heißt Nebular Hypothesis und gibt es schon seit Jahrzehnten, aber ohne die Beobachtungsnachweise, die sie stützen könnten.
Die Nebelhypothese
Sterne bilden sich aus massiven Wolken von hauptsächlich Wasserstoff, sogenannten Molekülwolken. Molekülwolken sind gravitativ instabil und das Gas neigt dazu, sich zu verklumpen. Irgendwann beginnt einer dieser Klumpen zu schneien und wird immer größer. Dabei flacht die Wolke wie ein Pfannkuchen ab und beginnt sich zu drehen. Wenn der zentrale Klumpen dicht genug wird, entzündet er sich zu einer Fusion und ein Stern wird geboren. Viele Sterne befinden sich in binären Systemen, wenn sich aus der Molekülwolke zwei Sterne bilden.
Aber der Stern in der Mitte ist nicht der einzige Klumpen. Andere, kleinere Klumpen bilden sich im rotierenden Gas und können sich zu Planeten formen. Einige der gasförmigen Planeten, wie Jupiter und Saturn in unserem eigenen Sonnensystem, können sehr groß werden. (Astronomen bezeichnen Jupiter und Saturn manchmal als "gescheiterte Sterne", weil sie auf dem Weg waren, Sterne zu werden, aber nicht ganz dorthin gelangen konnten.)
Wenn Sie den Prozess dort einfrieren könnten, würden Sie einen jungen Stern in der Mitte einer flachen, rotierenden Gaswolke sehen. Aber im Gas würden Sie ringförmige Lücken sehen, in denen Planeten damit beschäftigt sind, Material aufzuräumen und zu Planeten zu werden. Dieser Prozess wird als Akkretion bezeichnet. Und es ist keine molekulare Wolke mehr, jetzt wird es als "protoplanetare Scheibe" bezeichnet, weil es eine Scheibenform hat und sich darin Protoplaneten bilden.
Und genau das sehen Astronomen.
Die tatsächlichen Planeten sehen
Das Coole an diesen neuen Bildern ist, dass wir nicht nur die Lücken und Ringe sehen können, die die Anwesenheit eines Planeten signalisieren, sondern auch die tatsächlichen Planeten selbst. Und es ist erst das zweite Mal, dass wir mit Sicherheit ein Zwei-Planeten-System sehen, das Lücken in der Scheibe macht. (Ein Vier-Planeten-System namens HR 8799 wurde 2008 abgebildet.)
"Wir waren sehr überrascht, als wir den zweiten Planeten fanden."
Sebastiaan Haffert, Hauptautor, Leiden Observatory.
"Dies ist die erste eindeutige Entdeckung eines Zwei-Planeten-Systems, das eine Scheibenlücke schneidet", sagte Julien Girard vom Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland.
In dieser neuen Studie, die in der 3. Juni-Ausgabe von Nature Astronomy veröffentlicht wurde, verwendete das Astronomenteam den MUSE-Spektrographen am Very Large Telescope (VLT) des European Southern Observatory.
In eine protoplanetare Scheibe zu sehen, ist eine schwierige Aufgabe. Der Stern ist nicht nur wirklich hell und dominiert das Bild, sondern das gesamte Gas und der Staub in der Scheibe können das Licht blockieren, das von den sich bildenden Planeten kommt. Das MUSE-Instrument hat die Fähigkeit, das vom Wasserstoff in der Wolke emittierte Licht sozusagen zu erfassen, was ein Zeichen dafür ist, dass sich Wasserstoff in sich noch bildenden Planeten ansammelt.
"Wir waren sehr überrascht, als wir den zweiten Planeten fanden", sagte Sebastiaan Haffert vom Leiden Observatory, Hauptautor des Papiers.
„Bei Einrichtungen wie ALMA, Hubble oder großen bodengestützten optischen Teleskopen mit adaptiver Optik sehen wir überall Scheiben mit Ringen und Lücken. Die offene Frage war, gibt es dort Planeten? In diesem Fall lautet die Antwort ja “, erklärte Girard.
Was das Team entdeckte, war ein Planet namens PDS 70c. (Ein anderer Planet im selben System, PDS 70b genannt, wurde vor etwa einem Jahr zum ersten Mal entdeckt.)
Der neue Planet PDS 70c befindet sich in der Nähe des äußeren Randes der Scheibe und ist ungefähr 3,3 Milliarden Meilen vom Stern entfernt. Das ist ungefähr die gleiche Entfernung, die Neptun von der Sonne entfernt ist. Astronomen haben nur vorläufige Schätzungen der Masse des Planeten, aber sie schätzen, dass PDS 70c zwischen 1 und 10 Mal so massereich ist wie Jupiter.
Der zuvor entdeckte Planet PDS 70b befindet sich ungefähr 2 Milliarden Meilen vom Stern entfernt, ungefähr so viel wie Uranus in unserem Sonnensystem. Die Masse beträgt das 4- bis 17-fache der Masse des Jupiter.
Jetzt warten wir. Für das James Webb Teleskop
Bilder von diesen jungen Exoplaneten zu bekommen, ist für den MUSE-Spektrographen ein glücklicher Zufall. Das Instrument wurde ursprünglich entwickelt, um Galaxien und Sternhaufen zu untersuchen. Aber wie sich herausstellt, ist es gut, Exoplaneten beim Formen zu erkennen. Und dieser Unfall hat dazu beigetragen, die Nebelhypothese von der Hypothese zur akzeptierten Theorie zu verschieben.
„Dieser neue Beobachtungsmodus wurde entwickelt, um Galaxien und Sternhaufen mit höherer räumlicher Auflösung zu untersuchen. Dieser neue Modus eignet sich jedoch auch für die Exoplaneten-Bildgebung, die nicht der ursprüngliche wissenschaftliche Treiber für das MUSE-Instrument war “, sagte Haffert.
In Zukunft (die Zukunft, die sich immer weiter verzögert) wird das James Webb-Weltraumteleskop (JWST) die Untersuchung junger Planeten, die sich in diesen Scheiben bilden, vorantreiben. Sobald das endlose Warten auf dieses fortschrittliche Weltraumteleskop vorbei ist, sollte seine Leistung es Astronomen ermöglichen, sich auf sehr spezifische Wellenlängen des Lichts zu konzentrieren, das durch die Anreicherung von Wasserstoff emittiert wird.
Das bedeutet, dass Wissenschaftler die Temperatur des Wasserstoffgases in der Scheibe sowie dessen Dichte messen können. Wenn wir beide Dinge kennen, können wir besser verstehen, wie sich Gasriesenplaneten bilden.
Aber zumindest für den Moment haben wir Bilder der Planeten, und wenn Astronomen in die Galaxie schauen und diese jungen Sternensysteme und die Lücken in den Scheiben sehen, können sie sicher sein, dass es tatsächlich Planeten gibt.
