(ESO/Boccaletti et al.) Eine wirbelnde, verdrehte Staub- und Gaswolke in über 530 Lichtjahren Entfernung ist nicht nur ein turbulentes Wunder. Es ist ein neues Puzzleteil darüber, wie Planeten von winzigen Körnchen zu riesigen Kugeln heranwachsen.
Astronomen haben atemberaubende neue Nahinfrarotbilder der protoplanetaren Scheibe um den jungen Stern AB Aurigae erhalten. Diese Bilder zeigen spiralförmige Störungen, von denen die Forscher glauben, dass sie durch das Zusammenwachsen von Planeten aus dem Staub verursacht werden.
„Im frühen Stadium der Planetenentstehung deuten hydrodynamische Simulationen darauf hin, dass der Akkretionsprozess am Standort des Planeten ein inneres und äußeres Spiralmuster erzeugt Lindblad-Resonanz „Induziert durch Wechselwirkungen zwischen Scheibe und Planet“, so die Forscher schrieb in ihrer Arbeit .
„Während dieser entscheidende Schritt durch theoretische Arbeiten gut dokumentiert ist, sind Beobachtungsbeweise selten und nicht vollständig schlüssig.“
Die neuen Bilder gehören zu den besten, die wir bisher von diesem Prozess in Aktion gesehen haben.
Die Planetenentstehung ist ein faszinierender Prozess. Zuerst muss sich ein Stern bilden, der eine riesige Scheibe aus Staub und Gas aufspult, die ihn speist. Wenn es fertig ist, glauben Astronomen, dass die verbleibende Scheibe anfängt, sich zu verklumpen und andere klobige Teile zu bilden, die man in Planetensystemen findet – Asteroiden, Kometen, Zwergplaneten und natürlich Planeten.
Erstens bringen elektrostatische Kräfte winzige Klumpen aus kaltem Material zusammen. Wenn diese Klumpen dann größer werden, beginnen sie, genug Schwerkraft zu erzeugen, um weitere Klumpen anzuziehen, wodurch ein dichtes, kompaktes Objekt entsteht.
Während dieses Prozesses werden die Umlaufbahnen der Staubpartikel um den sich bildenden Planeten gestört und die Form ihrer Umlaufbahn wird elliptisch, wodurch eine Oszillation zwischen ihrem nächsten und ihrem entferntesten Punkt entsteht.
Wenn diese Schwingung ein Vielfaches der Umlaufperiode des Teilchens beträgt, erzeugt sie eine Resonanz – eine sogenannte Lindblad-Resonanz –, die ein Spiralmuster erzeugen sollte.
Astronomen glauben, dass diese Resonanz für die Spiralarme massereicher Galaxien verantwortlich ist. Aber was im Universum groß geschrieben wird, wird oft auch klein geschrieben. Wir haben die gleiche Physik gesehen in den Saturnringen im Spiel , und es sollte auch in der Umgebung entstehender Planeten zu beobachten sein.
Allerdings sind protoplanetare Scheiben nicht leicht zu beobachten. Sie sind weit entfernt und oft ist das Licht ihres Sterns so hell, dass es kleine Merkmale verdeckt, die möglicherweise Prozesse der Planetenbildung verraten.
Hier kommt AB Aurigae ins Spiel. Er ist einer der nächsten Sterne seiner Art – sehr jung, weniger als 10 Millionen Jahre alt und von einer dicken protoplanetaren Scheibe umgeben. Im Jahr 2017 Beobachtungen mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) zeigten grobe Spiralformen, die die gesuchten Signaturen der Planetenentstehung sein könnten.
Also begab sich ein internationales Team von Astronomen genauer hin. Verwendung der SPHERE-Anlage anhängend an Sehr großes Teleskop In Chile machten sie im Dezember 2019 und Januar 2020 kontrastreiche Beobachtungen von AB Aurigae im nahen Infrarot.
Dies führte zu den tiefsten Bildern des Sterns, die wir bisher gesehen haben, und fing schwächeres Licht von kleineren Staubkörnern ein. Und in Kombination mit den früheren ALMA-Daten zeigten diese eine S-förmige Störung in der protoplanetaren Scheibe, die den spiralförmigen Dichtewellen, die wir bei der Ausbreitung eines akkretierenden Protoplaneten erwarten würden, sehr ähnlich sieht.
( ESO/Boccaletti et al .)
Über: Die Scheibe um AB Aurigae; rechts eine vergrößerte Version des zentralen Teils des Bildes.
„Die Wendung wird von einigen theoretischen Modellen der Planetenentstehung erwartet“, sagte die Astronomin Anne Dutrey des Astrophysik-Labors von Bordeaux in Frankreich.
„Es entspricht der Verbindung zweier Spiralen – eine windet sich nach innen in die Umlaufbahn des Planeten, die andere dehnt sich nach außen aus – die sich am Standort des Planeten vereinen.“ Sie ermöglichen es Gas und Staub aus der Scheibe, sich auf dem entstehenden Planeten anzusammeln und ihn wachsen zu lassen.“
Dieser mutmaßliche Protoplanet scheint sich in einer Entfernung von seinem Stern zu bilden, die ungefähr der Entfernung Neptuns von der Sonne entspricht. Die genaue Größe lässt sich schwer abschätzen, aber das Team schätzt sie auf der Grundlage von Schätzungen eine vorherige Berechnung der Zuwachsraten dass es etwa das 4- und 13-fache der Masse aufweist Jupiter .
Es handelt sich noch nicht um ein vollständig bestätigtes Ergebnis. Es deutet jedoch darauf hin, dass AB Aurigae ein vielversprechender Kandidat für Folgebeobachtungen mit leistungsstärkeren Teleskopen ist, die derzeit im Bau sind.
Diese könnten bestätigen, dass es sich bei dem, was wir sehen, tatsächlich um einen riesigen Planeten handelt, der sich im Entstehungsprozess befindet, und eine genauere Berechnung seiner Masse ermöglichen.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Astronomie und Astrophysik .