Massive Gasscheibe wirft Fragen zur Planetenbildungstheorie auf

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Bildnachweis: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Higuchi et al.
Zusammengesetztes ALMA-Bild der Trümmerscheibe um den jungen Stern 49 Ceti. Die Staubverteilung ist rot dargestellt; Die Verteilung von Kohlenmonoxid ist grün dargestellt. und die Verteilung der Kohlenstoffatome ist in blau gezeigt. Bildnachweis: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Higuchi et al.

Astronomen, die das Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) verwendeten, fanden einen jungen Stern, der von einer erstaunlichen Gasmasse umgeben war. Der Stern, genannt 49 Ceti, ist 40 Millionen Jahre alt und konventionelle Theorien der Planetenbildung sagen voraus, dass das Gas in diesem Alter verschwunden sein sollte. Die enigmatisch große Menge an Gas erfordert eine Überprüfung unseres gegenwärtigen Verständnisses der Planetenbildung.

Planeten bilden sich in gasförmigen Staubscheiben, den so genannten Protoplanetenscheiben, um junge Sterne. Staubpartikel aggregieren zu erdähnlichen Planeten oder werden zu Kernen massereicherer Planeten, indem sie große Mengen Gas von der Scheibe sammeln und so Jupiter-ähnliche gasförmige Riesenplaneten bilden. Nach aktuellen Theorien wird das Gas in der Scheibe im Laufe der Zeit entweder in Planeten eingebaut oder durch den Strahlungsdruck des Zentralsterns weggeblasen. Am Ende ist der Stern von Planeten und einer Scheibe staubiger Trümmer umgeben. Diese staubige Scheibe, die als Trümmerscheibe bezeichnet wird, bedeutet, dass der Planetenbildungsprozess fast abgeschlossen ist.

Die jüngsten Fortschritte bei Radioteleskopen haben auf diesem Gebiet eine Überraschung gebracht. Astronomen haben festgestellt, dass einige Trümmerscheiben noch eine gewisse Menge an Gas enthalten. Wenn das Gas in den Trümmerscheiben lange verbleibt, haben Planetensamen möglicherweise genug Zeit und Material, um sich zu Riesenplaneten wie Jupiter zu entwickeln. Daher beeinflusst das Gas in einer Trümmerscheibe die Zusammensetzung des resultierenden Planetensystems.

"Wir fanden atomares Kohlenstoffgas in der Trümmerscheibe um 49 Ceti, indem wir mehr als 100 Stunden Beobachtungen mit dem ASTE-Teleskop durchführten", sagt Aya Higuchi, Astronomin am National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). ASTE ist ein Radioteleskop mit 10 m Durchmesser in Chile, das von NAOJ betrieben wird. „Als natürliche Erweiterung verwendeten wir ALMA, um eine detailliertere Ansicht zu erhalten, und das gab uns die zweite Überraschung. Das Kohlenstoffgas um 49 Ceti war zehnmal häufiger als unsere vorherige Schätzung. “

Dank der hohen Auflösung von ALMA konnte das Team erstmals die räumliche Verteilung von Kohlenstoffatomen in einer Trümmerscheibe nachweisen. Kohlenstoffatome sind weiter verbreitet als Kohlenmonoxid, die am zweithäufigsten vorkommenden Moleküle unter den jungen Sternen, wobei Wasserstoffmoleküle am häufigsten vorkommen. Die Menge der Kohlenstoffatome ist so groß, dass das Team sogar schwache Radiowellen einer selteneren Kohlenstoffform, 13C, entdeckte. Dies ist der erste Nachweis der 13C-Emission bei 492 GHz in einem astronomischen Objekt, das normalerweise hinter der Emission von normalem 12C verborgen ist.

"Die Menge an 13C ist nur 1% von 12C, daher war der Nachweis von 13C in der Trümmerscheibe völlig unerwartet", sagt Higuchi. "Es ist ein klarer Beweis dafür, dass 49 Ceti eine überraschend große Menge an Gas hat."

Woher kommt das Gas? Forscher haben zwei Möglichkeiten vorgeschlagen. Zum einen hat das Restgas den Dissipationsprozess in der letzten Phase der Planetenentstehung überstanden. Die Gasmenge um 49 Ceti ist jedoch vergleichbar mit der um viel jüngere Sterne in der Phase der aktiven Planetenbildung. Es gibt keine theoretischen Modelle, um zu erklären, wie derart viel Gas so lange hätte bestehen können. Die andere Möglichkeit ist, dass das Gas durch Kollisionen von kleinen Körpern wie Kometen freigesetzt wurde. Die Anzahl der Kollisionen, die erforderlich sind, um die große Menge an Gas um 49 Ceti zu erklären, ist jedoch zu groß, um in aktuellen Theorien berücksichtigt zu werden. Die vorliegenden ALMA-Ergebnisse veranlassen eine erneute Überprüfung der Planetenbildungsmodelle.

 

Quelle und weitere Informationen: https://alma-telescope.jp/en/news/press/49ceti-201912

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