Künstlerische Darstellung von AB Chariot b. (NASA, ESA, Joseph Olmsted/STScI) Die Entdeckung eines Gasriesen-Exoplaneten, der sich noch im Entstehungsprozess befindet, könnte unser Verständnis der Planetenentstehung auf den Kopf stellen.
Der mutmaßliche Protoplanet wurde AB Aurigae b genannt und scheint sich in großer Entfernung von seinem Stern AB Aurigae zu bilden und auf eher ungewöhnliche Weise zusammenzukommen.
Es gibt Hinweise darauf, dass sich der Planet durch einen von oben nach unten gerichteten Gravitationskollaps von Gaswolken bildet und nicht durch das allgemein akzeptierte Bottom-up-Modell, bei dem Planeten aus der allmählichen Ansammlung von Staub und Gestein entstehen.
Dies stützt die Annahme, dass es mehrere Wege zur Planetenentstehung gibt, was auf eine reiche und wunderbare Vielfalt an Planetensystemen in der Milchstraße schließen lässt.
AB Aurigae wurde in den letzten Jahren intensiv untersucht. Es handelt sich um einen sehr jungen Stern, der sich noch in der Entstehung befindet und nicht älter als 5 Millionen Jahre ist (die Sonne ist 4,6 Milliarden Jahre alt).
Der Stern ist immer noch von einer dicken, turbulenten Scheibe aus Gas und Staub umgeben. Wenn ein Protostern wächst, sind es dieses Gas und dieser Staub, die dieses Wachstum fördern. Da der Stern relativ nah ist – nur 508 Lichtjahre entfernt – ist er ein ausgezeichnetes Labor für die Untersuchung der Entstehung von Planetensystemen.
Was von dieser Scheibe übrig bleibt, bildet die anderen Elemente, aus denen ein Planetensystem besteht – die Planeten und kleinere Objekte wie Asteroiden, Zwergplaneten, Kometen und andere Gesteine. Nach unserem aktuellen Verständnis der Planetenentstehung können diese kleineren Objekte im sogenannten Kernakkretionsmodell beginnen, Planeten zu bilden.
In diesem Modell haften Gesteinsbrocken in der protoplanetaren Scheibe aus Staub und Gas zunächst durch elektrostatische Kräfte, dann durch die Schwerkraft zusammen, bilden einen immer größeren Körper und bilden von unten nach oben einen Planeten. Der resultierende Exoplanet hat einen festen Kern, der relativ kühl und dunkel ist.
Das andere Modell zur Planetenentstehung ist als Scheibeninstabilitätsmodell bekannt. Damit sich auf diese Weise ein Planet bilden kann, verursacht die abkühlende protoplanetare Scheibe Gravitationsinstabilitäten und bricht auseinander. Ein Teil der Scheibe kollabiert dann durch die Schwerkraft direkt zu einem Gasriesen. In diesem Modell hat der Exoplanet keinen festen Kern und er entsteht heißer und heller.
Was in der Scheibe von AB Aurigae passiert, einem Protostern mit etwa der 2,4-fachen Sonnenmasse, war schwer herauszufinden.
Zuerst dachten Astronomen, sie hätten einen gesehen Exoplanetenbildung in einer ähnlichen Entfernung wie Neptun. Diese Interpretation wurde später von anderen Astronomen in Frage gestellt, die das Objekt sagten könnte ein zweiter Stern sein .
In einer neuen Studie unter der Leitung der Astrophysikerin Thayne Currie vom Subaru-Teleskop des Nationalen Astronomischen Observatoriums Japans nutzte ein Wissenschaftlerteam Subaru und das Hubble-Weltraumteleskop, um detailliertere Beobachtungen des Sterns zu machen.
Die Beobachtungen enthüllten einen Klumpen und andere Merkmale in der Scheibe, die mit der Entstehung eines Exoplaneten vereinbar sind, und zwar nicht in Neptuns Entfernung von der Sonne, sondern mehr als dreimal weiter, bei etwa 93 Astronomische Einheiten von AB Aurigae.
„Die Spiralarmmerkmale, die wir in dieser Scheibe beobachtet haben, sind genau das, was wir erwarten sollten, wenn wir einen Planeten mit der Masse haben Jupiter oder mehr in Gegenwart dieser Staubstrukturen“, sagt der Astronom Kevin Wagner vom Steward Observatory der University of Arizona.
„Ein riesiger Planet sollte sie in genau das verwandeln, was wir hier sehen.“
In dieser Entfernung würde die in der Scheibe vorhandene Gesteinsmenge nicht ausreichen, um einen Planeten zu bilden, ganz zu schweigen von einem Planeten mit der Masse von AB Aurigae b. Die Berechnungen des Teams legen nahe, dass der Baby-Exoplanet etwa neunmal so schwer ist wie Jupiter. Stattdessen sei der wahrscheinlichste Entstehungsweg das Scheibeninstabilitätsmodell, sagten die Forscher.
„Die Natur ist klug; es kann Planeten auf unterschiedliche Weise hervorbringen“, Currie sagt .
Das Team fand auch Merkmale in der Scheibe in Entfernungen von 430 und 580 Astronomischen Einheiten von AB Aurigae, die darauf hindeuten, dass sich an diesen Orten möglicherweise auch Exoplaneten bilden.
Die Ergebnisse werfen ein neues Licht auf die Prozesse bei der Planetenentstehung und könnten uns sogar dabei helfen, unser eigenes Sonnensystem besser zu verstehen. Es gibt Hinweise darauf, dass sich Jupiter etwa gebildet hat viermal weiter entfernt als seine aktuelle Umlaufbahn.
Zukünftige Studien des entstehenden AB-Aurigae-Systems mit leistungsfähigeren Instrumenten könnten es uns daher ermöglichen, die Entwicklung unserer eigenen kleinen Ecke der Galaxie zu erforschen.
„Diese neue Entdeckung ist ein starker Beweis dafür, dass einige Gasriesenplaneten durch den Mechanismus der Scheibeninstabilität entstehen können.“ sagt der Astrophysiker Alan Boss der Carnegie Institution of Science, die nicht an der Forschung beteiligt war, aber erstmals 1997 eine Bandscheibeninstabilität vorgeschlagen .
„Am Ende zählt nur die Schwerkraft, denn die Überreste des Sternentstehungsprozesses werden letztendlich durch die Schwerkraft zusammengezogen, um auf die eine oder andere Weise Planeten zu bilden.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturastronomie .