Pressemitteilung

Die detailreichste ALMA-Aufnahme einer protoplanetaren Scheibe

Hinweise auf Planetenentstehung bei erdähnlichem Abstand von einem jungen Stern

31. März 2016

Diese neue Aufnahme vom Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) zeigt die bislang feinsten Details einer protoplanetaren Scheibe um den nahegelegenen sonnenähnlichen Stern TW Hydrae. Das Bild zeigt eine faszinierende Lücke in dem Abstand vom Stern, in dem sich in unserem Sonnensystem die Erdumlaufbahn befindet. Das könnte bedeuten, dass sich dort gerade eine jüngere Version unseres Heimatplaneten oder eine etwas massereichere Supererde dort bildet.

Der Stern TW Hydrae ist aufgrund seiner Nähe zur Erde - er ist nur etwa 175 Lichtjahre entfernt - und seines Status als junger Stern von etwa 10 Millionen Jahren unter Astronomen ein beliebtes Studienobjekt. Wir schauen zudem direkt von oben auf die protoplanetare Scheibe, die den Stern umgibt. Das ermöglicht einen unverzerrten Blick auf alles, was dort vorgeht.

"Vorangegangene Studien mit Radioteleskopen und Teleskopen für das sichtbare Licht hatten bereits bestätigt, dass TW Hydrae von einer deutlich sichtbaren Scheibe umgeben ist, deren Struktur stark darauf hindeutet, dass sich darin in diesem Moment Planeten anfangen zu bilden", erläutert Sean Andrews vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge (Massachusetts) in den USA, der Erstautor der Studie, die heute in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal Letters erscheint. "Die neuen ALMA-Daten zeigen die Scheibe mit einer unvergleichlichen Detailschärfe und lassen einen Satz heller, konzentrischer Staubringe mit dunklen Lücken dazwischen erkennen. Und es gibt faszinierende Anzeichen dafür, dass ein Planet mit einer erdähnlichen Umlaufbahn dort im Entstehen begriffen ist."

Die Bilder zeigen weitere ausgeprägte Lücken bei Abständen von drei und sechs Milliarden Kilometern vom Zentralstern, was den mittleren Entfernungen von Uranus und Pluto zur Sonne in unserem Sonnensystem entspricht. Auch dabei handelt es sich vermutlich um das Ergebnis der Ansammlung von Staubteilchen zu zukünftigen Planeten, die ihre Umlaufbahnen von weiterem Gas und Staub befreit  und das verbliebene Material in klar abgegrenzte Bänder gelenkt haben.

Tilman Birnstiel vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, der an den Beobachtungen beteiligt war, fügt hinzu: "Ob in den Lücken der Scheibe tatsächlich Planeten entstanden sind oder ob es sich um die Effekte von Magnetfeldern oder Strömungs-Instabilitäten handelt, müssen jetzt die Theoretiker mit ihren Simulationen herausfinden. Die Antwort dürfte unser Verständnis der Planetenentstehung in jedem Falle gehörig erweitern."

Für die neuen Aufnahmen von TW Hydrae haben die Astronomen die schwache Radiostrahlung millimetergroßer Staubpartikel in der Scheibe vermessen und dabei Strukturen abgebildet, deren Größe bis auf etwa dem Abstand Erde-Sonne entspricht (ca. 150 Millionen Kilometer) hinuntergeht. So detaillierte Beobachtungen sind nur mit der hochauflösenden ALMA-Konfiguration mit langen Basislängen möglich. Haben die Antennenschüsseln von ALMA ihre maximalen Abstände von bis zu 15 Kilometern, kann das Observatorium feinste Details wahrnehmen. "Dieses ALMA-Bild ist das am höchsten aufgelöste einer protoplanetaren Scheibe überhaupt, und in nächster Zeit wird es kein besseres geben!" erklärt Andrews [1].

"TW Hydrae ist ein ganz besonderer Stern. Er ist von der Erde aus gesehen derjenige mit der nächstgelegenen protoplanetaren Scheibe, das System dürfte unserem Sonnensystem, so wie es im Alter von 10 Millionen Jahren ausgesehen hat, sehr ähneln", ergänzt Koautor David Wilner, der ebenfalls am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics tätig ist.

Frühere ALMA-Beobachtungen eines anderen Systems, dem um HL Tauri, zeigen, dass sogar schon viel jüngere protoplanetare Scheiben — gerade mal 1 Million Jahre alt — ähnliche Signaturen der der Planetenentstehung zeigen können. Von der Untersuchung der älteren TW Hydrae-Scheibe erhoffen sich die Astronomen ein besseres Verständnis von der Entwicklung unseres Heimatplaneten und eine Antwort auf die Frage wie wahrscheinlich es ist, ähnliche Systeme in unserer Milchstraße anzutreffen.

Die Astronomen möchten als nächstes untersuchen, wie häufig diese Art von Strukturen in den Scheiben um andere junge Sterne sind und wie sie sich mit der Zeit oder unter anderen äußeren Bedingungen verändern.

Endnoten

[1] Die Winkelauflösung der Bilder von HL Tauri ist vergleichbar mit diesen neuen Beobachtungen, da TW Hydrae aber näher an der Erde liegt, kann man feinere Details erkennen.

Weitere Informationen

Die hier präsentierten Forschungsergebnisse von S.M. Andrews et al erscheinen demnächst unter dem Titel "Ringed Substructure and a Gap at 1 AU in the Nearest Protoplanetary Disk" in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal Letters.

Die beteiligten Wissenschaftler sind Sean M. Andrews (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), David J. Wilner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA) , Zhaohuan Zhu (Princeton University, Princeton, New Jersey, USA), Tilman Birnstiel (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg), John M. Carpenter (Joint ALMA Observatory, Santiago, Chile), Laura M. Peréz (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn), Xue-Ning Bai (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Karin I. Öberg (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), A. Meredith Hughes (Wesleyan University, Van Vleck Observatory, Middletown, USA), Andrea Isella (Rice University, Houston, Texas, USA) und Luca Ricci (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA).

Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ist eine internationale astronomische Einrichtung, die gemeinsam von der ESO, der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF) der USA und den japanischen National Institutes of Natural Sciences (NINS) in Kooperation mit der Republik Chile betrieben wird. Getragen wird ALMA von der ESO im Namen ihrer Mitgliedsländer, von der NSF in Zusammenarbeit mit dem kanadischen National Research Council (NRC), dem taiwanesischen National Science Council (NSC) und NINS in Kooperation mit der Academia Sinica (AS) in Taiwan sowie dem Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

Bei Entwicklung, Aufbau und Betrieb ist die ESO federführend für den europäischen Beitrag, das National Radio Astronomy Observatory (NRAO), das seinerseits von Associated Universities, Inc. (AUI) betrieben wird, für den nordamerikanischen Beitrag und das National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) für den ostasiatischen Beitrag. Dem Joint ALMA Observatory (JAO) obliegt die übergreifende Projektleitung für den Aufbau, die Inbetriebnahme und den Beobachtungsbetrieb von ALMA.

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Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

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