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Wegweisende Studie lüftet Geheimnisse der Planetenentstehung um Dutzende von Sternen

Durch eine Reihe von Studien hat ein Team von Astronominnen und Astronomen neue Einblicke in den faszinierenden und komplexen Prozess der Planetenbildung gewonnen. Die beeindruckenden Bilder, die mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile aufgenommen wurden, stellen eine der größten jemals durchgeführten Durchmusterungen von planetenbildenden Scheiben dar.


Die hier gezeigten Bilder wurden mit dem Instrument SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch) am Very Large Telescope (VLT) der ESO aufgenommen. Das hochmoderne extreme Adaptive-Optik-System von SPHERE korrigiert die turbulenten Effekte der Erdatmosphäre und liefert scharfe Bilder der Scheiben um Sterne. Die Sterne selbst wurden mit einem Koronografen abgedeckt - einer kreisförmigen Maske, die das intensive Blendlicht der Sterne blockiert und die schwachen Scheiben um sie herum sichtbar macht.Die Scheiben wurden so skaliert, dass sie in dieser Zusammensetzung ungefähr gleich groß erscheinen. Bildnachweis: ESO/C. Ginski, A. Garufi, P.-G. Valegård et al.

Die Untersuchung vereint Beobachtungen von mehr als 80 jungen Sternen, um die sich möglicherweise Planeten gebildet haben, und liefert der astronomischen Fachwelt eine Fülle von Daten und einzigartige Einblicke in die Entstehung von Planeten in verschiedenen Regionen unserer Galaxie.

„Wir erleben hier wirklich einen Wandel in unserem Forschungsgebiet“, sagt Christian Ginski, Dozent an der Universität Galway, Irland, und Hauptautor einer der drei neuen Arbeiten, die heute in Astronomy & Astrophysics veröffentlicht wurden. „Von der detaillierten Untersuchung einzelner Sternsysteme sind wir zu diesem riesigen Überblick über ganze Sternentstehungsgebiete übergegangen.“

Bislang wurden mehr als 5000 Planeten entdeckt, die andere Sterne als die Sonne umkreisen, oft in Systemen, die sich deutlich von unserem eigenen Sonnensystem unterscheiden. Um zu verstehen, wo und wie diese Vielfalt entsteht, müssen die Astronominnen und Astronomen die staub- und gasreichen Scheiben beobachten, die junge Sterne umhüllen – die eigentlichen Wiegen der Planetenbildung. Diese sind am besten in riesigen Gaswolken zu finden, in denen die Sterne selbst gerade entstehen.

Ähnlich wie bei entwickelten Planetensystemen zeigen die neuen Bilder die außergewöhnliche Vielfalt der planetenbildenden Scheiben. „Einige dieser Scheiben zeigen riesige Spiralarme, die vermutlich durch das komplizierte Ballett der sie umkreisenden Planeten angetrieben werden“, sagt Ginski. „Andere zeigen Ringe und große Hohlräume, die von den sich bildenden Planeten geschaffen wurden, während wieder andere inmitten all dieser Betriebsamkeit unscheinbar und fast schlafend erscheinen“, fügt Antonio Garufi hinzu. Er ist Astronom am Astrophysikalischen Observatorium Arcetri des Italienischen Nationalen Instituts für Astrophysik (INAF) und Hauptautor einer der Arbeiten.

Das Team untersuchte insgesamt 86 Sterne in drei verschiedenen Sternentstehungsgebieten unserer Galaxie: Taurus und Chamäleon I, beide etwa 600 Lichtjahre von der Erde entfernt, und Orion, eine gasreiche Wolke etwa 1600 Lichtjahre von uns entfernt. Es ist bekannt, dass dort mehrere Sterne entstehen, die massereicher als die Sonne sind. Die Beobachtungen wurden von einem großen internationalen Team, bestehend aus Wissenschaftlern aus mehr als zehn Ländern, durchgeführt.

Das Team konnte mehrere wichtige Erkenntnisse aus dem Datensatz gewinnen. So wurde beispielsweise im Orion festgestellt, dass Sterne in Gruppen von zwei oder mehr Sternen mit geringerer Wahrscheinlichkeit große planetenbildende Scheiben haben. Ein wichtiges Ergebnis, wenn man bedenkt, dass die meisten Sterne in unserer Galaxie, anders als unsere Sonne, Begleiter haben. Weiterhin deutet das ungleichmäßige Aussehen der Scheiben in dieser Region auf eingebettete, massereiche Planeten hin, die zu einer Verformung und Schieflage der Scheiben führen können.

Obwohl sich die planetenbildenden Scheiben über Entfernungen erstrecken können, die Hunderte Male größer sind als die Entfernung zwischen der Erde und der Sonne, erscheinen sie aufgrund ihrer Lage mehrere Hundert Lichtjahre von uns entfernt wie winzige Nadelstiche am Nachthimmel. Zur Beobachtung der Scheiben setzte das Team das hochmoderne Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch Instrument (SPHERE) ein, das am VLT der ESO montiert ist. Das innovative extreme Adaptive-Optik-System von SPHERE korrigiert die turbulenten Effekte der Erdatmosphäre und liefert so scharfe Bilder der Scheiben. Dadurch konnte das Team Scheiben um Sterne mit Massen von nur der Hälfte der Sonnenmasse abbilden, die für die meisten anderen heute verfügbaren Instrumente zu lichtschwach sind. Zusätzliche Daten für die Durchmusterung wurden mit dem X-Shooter-Instrument des VLT gewonnen, mit dem die Forschenden feststellen konnten, wie jung und massereich die Sterne sind. Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an dem die ESO als Partner beteiligt ist, half dem Team hingegen, mehr über die Staubmenge zu erfahren, die einige der Sterne umgibt.

Im Zuge des technologischen Fortschritts hofft das Team, noch tiefer in die Herzen der planetenbildenden Systeme eindringen zu können. Der große 39-Meter-Spiegel des künftigen Extremely Large Telescope (ELT) der ESO wird es dem Team beispielsweise ermöglichen, die innersten Regionen um junge Sterne zu untersuchen, in denen sich möglicherweise Gesteinsplaneten wie unser eigener bilden.

Bis dahin bieten diese spektakulären Bilder den Forschern eine Fundgrube an Daten, die helfen, die Geheimnisse der Planetenentstehung zu entschlüsseln. „Es ist fast schon poetisch, dass die Prozesse, die den Beginn der Reise zur Ausbildung von Planeten und schließlich von Leben in unserem eigenen Sonnensystem markieren, so schön sein sollen“, folgert Per-Gunnar Valegård. Er ist Doktorand an der Universität Amsterdam, Niederlande und leitete die Orion-Studie. Valegård, der auch Teilzeitlehrer an der Internationalen Schule Hilversum in den Niederlanden ist, hofft, dass die Bilder seine Schülerinnen und Schüler dazu inspirieren werden, in Zukunft den Beruf des Wissenschaftlers zu ergreifen.

 

Weitere Informationen und Quelle unter: https://www.eso.org/public/germany/news/eso2405/?lang