Künstlerische Darstellung der Kollision von Planetesimalen. (ESA/NASA/M. Getreidemesser) Astronomen haben in 330 Lichtjahren Entfernung eine Staubwolke von der Größe eines ganzen Sterns entdeckt. Seine Ursache? Eine kolossale Kollision zwischen zwei Exoplaneten, die sich noch gerade bildeten.
Wir wissen das, weil Astronomen das Infrarotlicht dieser Staubwolke analysiert haben, zusammen mit Veränderungen im Licht des Muttersterns, das regelmäßig von den Trümmern im Orbit um ihn ausgelöscht wird. Mit diesen Daten kennen wir nun die Größe der beteiligten Objekte und andere wichtige Details zur Kollision.
Dies könnte Einblicke in die Entstehung unseres eigenen Sonnensystems geben – und vielleicht sogar Licht auf Sterne werfen eigenartige Dimmmuster , wie zum Beispiel KIC 8462852 oder Boyajians Stern , indem sie mehr Informationen darüber liefern, wie schnell sich solche Trümmerwolken ausbreiten.
'Zum ersten Mal,' sagte der Astronom Everett Schlawin vom Steward-Observatorium der University of Arizona: „Wir haben sowohl das Infrarotglühen des Staubs als auch die Trübung erfasst, die der Staub verursacht, wenn die Wolke vor dem Stern vorbeizieht.“
Bei dem betreffenden Stern handelt es sich um ein kleines, gerade mal 10 Millionen Jahre altes Baby HD 166191 . Da es sich erst vor kurzem gebildet hat, ist es immer noch von ziemlich viel Material umgeben, das vom Entstehungsprozess übrig geblieben ist.
Sterne entstehen aus einem dichten Knoten in einer Gaswolke, die unter ihrer eigenen Masse kollabiert; Wenn sich der Stern dreht, wächst er, indem er mehr Material aus der umgebenden Wolke ansammelt, während sich diese zu einer Scheibe anordnet, die in den Stern eindringt, wie Wasser, das in einen Abfluss fließt.
Sobald die Sternbildung abgeschlossen ist, kann alles, was in der Scheibe übrig bleibt, die anderen Elemente eines Planetensystems bilden. Materialklumpen haften aneinander, zunächst elektrostatisch, dann gravitativ.
Wie Sie sich vorstellen können, ist dies ein chaotischer Prozess mit vielen Kollisionen. Schließlich klebt genügend Material zusammen, um zunächst einen Planetenkeim oder Planetesimal und schließlich einen Planeten zu bilden.
Kollisionen zwischen Körpern können den Prozess steuern. Man geht beispielsweise davon aus, dass unser Mond entstanden ist, als ein anderer Planetenkörper während der Jugend des Sonnensystems auf die Erde prallte. Aber es ist nicht selbstverständlich, dass bei jeder Kollision Überlebende zurückbleiben.
Unter der Leitung der Astronomin Kate Su vom Steward Observatory nutzte ein Forscherteam das inzwischen stillgelegte Spitzer-Weltraumteleskop, um Infrarotbeobachtungen von HD 166191 durchzuführen. Diese Wellenlängen können Staubwolken durchdringen, um zu sehen, welche Prozesse in stark verhüllten Umgebungen ablaufen. Darüber hinaus leuchtet das vom Staub absorbierte und wieder emittierte Sternenlicht im Infrarotbereich hell.
Zwischen 2015 und 2019 sammelten die Forscher 126 Datensätze des Sterns und suchten gezielt nach umlaufenden Staubwolken, die das Ergebnis einer planetesimalen Kollision sein könnten.
Im Jahr 2018 tauchte das Signal auf, nach dem sie gesucht hatten: eine Aufhellung im Infrarotbereich, die auf eine Zunahme des Staubs hindeutet, und eine Abschwächung, was darauf hindeutet, dass das Licht des Sterns blockiert wird. Das gleiche Verdunkelungsereignis wurde von einem bodengestützten Teleskop in optischen Wellenlängen erfasst – und eine ähnliche Verdunkelung 142 Tage zuvor, während einer Lücke in den Spitzer-Beobachtungen.
Multi-Wellenlängen-Transitdaten bestätigten es: Das Signal wurde von den Eingeweiden zweier Planetesimale erzeugt, die ineinander schlugen und überall Staub ausspuckten. Die frühere Beobachtung mit dem bodengestützten Teleskop deutete auf eine Umlaufzeit von 142 Tagen hin, was eine Umlaufentfernung vom Stern von 0,62 astronomischen Einheiten ergab. Das ist die Entfernung, in der sich voraussichtlich Gesteinsplaneten bilden.
Mithilfe der Daten mehrerer Transits konnte das Team außerdem die Entwicklung der Cloud beobachten. Vom ersten zum zweiten Transit veränderte er sich schnell, blähte sich auf, wurde breiter, undurchsichtiger und länglicher und bedeckte eine Fläche, die mindestens dreimal so groß war wie die des Sterns.
Spitzer-Daten deuten jedoch darauf hin, dass nur ein kleiner Teil der Wolke zwischen uns und dem Stern vorbeizog. Das deutet darauf hin, dass die tatsächliche Wolke viel, viel größer war, vielleicht hunderte Male größer als der Stern.
Um so viel Staub zu produzieren, musste die Kollision zwischen zwei Körpern stattgefunden haben, die die Größe eines Zwergplaneten hatten und einen Durchmesser von etwa 400 bis 600 Kilometern hatten. Die anfängliche Kollision hätte so viel Hitze erzeugt, dass ein Teil des Materials verdampfte; Der Rest wäre in Fragmente geflogen, die weiterhin herumprallten und miteinander sowie mit anderen Steinen in der Nähe kollidierten, um noch mehr Staub zu erzeugen.
Als der dritte Transit stattfinden sollte, waren von der ursprünglichen Wolke nur noch sehr wenige Spuren übrig. Allerdings war die Umgebung des Sterns doppelt so staubig geworden wie vor der Kollision. Dies deutet darauf hin, dass sich die Trümmer der Kollision ziemlich schnell in der protoplanetaren Scheibe um den Stern verteilten.
Dies deutet nicht nur darauf hin, dass klumpige Staubwolken möglicherweise nicht geeignet sind erklärt eigenartig verdunkelnde Sterne , aber es kann auch dabei helfen, die Prozesse aufzuklären, die bei der Bildung eines vollständigen Planetensystems, einschließlich unseres, eine Rolle spielen.
„Durch die Betrachtung der staubigen Trümmerscheiben um junge Sterne können wir im Wesentlichen in die Zeit zurückblicken und die Prozesse erkennen, die möglicherweise unser eigenes Sonnensystem geformt haben.“ sagte er .
„Wenn wir mehr über die Folgen von Kollisionen in diesen Systemen erfahren, bekommen wir möglicherweise auch eine bessere Vorstellung davon, wie häufig sich Gesteinsplaneten um andere Sterne bilden.“
Das Team wird HD 166191 weiterhin überwachen, um zu sehen, ob es weitere faszinierende Veränderungen in seiner staubigen Hülle erkennen kann.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journal .