Ich habe ja vor einigen Jahren auch mal über Sterne und ihre Trümmerscheiben geforscht. Diese Staubscheiben bzw. Staubgürtel umgeben viele Sterne – vor allem junge Sterne! Auch unser Sonnensystem beinhaltet jede Menge interplanetaren Staub (man sieht ihn z.B. als Zodiakallicht) aber im Laufe der über 4 Milliarden Jahre langen Geschichte des Sonnensystems ist viel von diesem Staub durch Interaktion mit anderen Himmelskörpern verschwunden. Früher war das mal ganz anders…

Als die Sonne noch jung und kein “richtiger” Stern (ein sg. Protostern) war, war sie von einer großen und dichten Scheibe aus Staub und Gas umgeben. Dieser Staub hat sich im Laufe der Zeit zu immer größeren Stücken zusammengefügt bis die sg. Planetesimalen entstanden waren. Das sind Gesteinsbrocken, einige dutzend bis hunderte Kilometer groß, aus denen später die Planeten entstanden sind. Die Planetesimale, die bei der Entstehung der Planeten übrig geblieben sind, können wir heute als Asteroiden in unserem Sonnensystem beobachten. Diese Staub- und Gasscheibe nennt man “protoplanetare Scheibe” – eben weil aus ihnen die Planeten entstehen. Man findet sie natürlich nur bei sehr jungen Sternen.

Darüber habe ich allerdings nicht geforscht; ich habe mich mit “Trümmerscheiben” (eng. “Debris Disk”) beschäftigt. Die entstehen nachdem sich die Planeten in der protoplanetaren Scheibe gebildet haben. Dann ist der Großteil des Staubes ja erstmal weg. Aber die ganzen Asteroiden die bei der Planetenentstehung übrig geblieben sind erzeugen immer wieder neuen Staub: jedesmal wenn zwei Asteroiden miteinander kollidieren, entstehen kleine Bruchstücke und es wird staubig.

Sieht man also bei einem Stern der nicht mehr ganz so jung (aber auch nicht so alt) ist eine Scheibe aus Staub, dann weiß man, dass es dort Asteroiden geben muss! Denn der ursprüngliche Staub aus der Planetenentstehung hält nicht so lange durch; der wird irgendwann z.B. durch den Sternwind weggepustet.

Aber wie “sieht” man eigentlich den Staub? Wir schaffen es ja noch nichtmal vernünftig extrasolare Planeten direkt zu sehen – wie soll dass dann mit winzigen Staubteilchen klappen? Tja, der Staub ist zwar sehr klein – aber auch sehr zahlreich. Und betrachtet man die gesamte Oberfläche aller Staubkörner dann ist die wesentlich größer als die Oberfläche der Planeten oder gar des Sterns (Interessante Abschweifung: fast die gesamte Masse eines Sonnensystems ist im Stern konzentriert; fast der gesamte Drehimpuls eines Sonnensystems steckt in den Planeten und fast die gesamte Oberfläche eines Systems wird vom Staub getragen). Das hilft uns immer noch nicht, wenn wir den Staub ganz normal sehen wollen. Aber so ein Staubkorn schaut ja nicht einfach nur aus sondern macht auch noch andere Sachen. Es nimmt zum Beispiel das Sonnenlicht auf und gibt es als Wärme wieder ab. Wärme können wir zwar mit unseren Augen nicht sehen aber Teleskope mit speziellen Kameras können diese Infrarotstrahlung wunderbar sehen. Wir brauchen also nur nach Sternen Ausschau halten, die mehr Infrarrotstrahlung abgeben als zu erwarten wäre. Dann muss es dort eine Scheibe aus Staub geben – und wenn der Stern nicht zu weit weg ist und wir ein Teleskop haben das gut genug ist, können wir probieren die Scheibe dann auch tatsächlich aufzulösen und abzubilden.

Der erste Stern bei dem sowas gelungen ist, ist Beta Pictoris. Die dort 1984 entdeckte Trümmerscheibe gehört zu den am besten studierten überhaupt und sie war es auch, die ich untersucht habe. Denn der Staub dort war nicht einfach gleichmässig verteilt sondern es gab verschiedene Anhäufungen und Lücken. Das bedeutet, dass auch die verteilung der stauberzeugenden Asteroiden Anhäufungen und Lücken zeigt und das muss irgendeinen Grund haben. Dieser Grund sind Planeten! Wenn Beta Pictoris von Planeten umkreist wird, dann können die durch ihre Gravitation die Verteilung der Asteroiden beeinflussen (so wie sie es auch die Asteroiden im Sonnensystem tun bei denen beispielsweise die Hauptgürtelasteroiden deutliche durch Jupiter verursachte Strukturen aufweisen). Ich habe in meiner Arbeit probiert, aus der Verteilung des Staubs die Eigenschaften genau der Planeten zu bestimmen die so eine Verteilung verursachen können. Dabei kam ich zu dem Schluß das Beta Pictoris von mindestens drei Planeten umgeben sein muss (überraschenderweise wurde einer davon mittlerweile sogar entdeckt).

Solche Trümmerscheiben kennt man mittlerweile einige und fast alle davon zeigen interessante Strukturen die auf Planeten hindeuten (was ich gerne näher untersucht hätte – wenn nicht die DFG anderer Meinung gewesen wäre und mein Projekt dazu abgelehnt hätte). Kürzlich wurden nun einige neue, sehr interessante Bilder von Staubscheiben um Sterne veröffentlicht. Dabei handelt es sich allerdings wieder um protoplanetare Scheiben und nicht um Trümmerscheiben – aber auch hier spielt der gravitative Einfluss von Planeten eine wichtige Rolle.

Der Stern AB Auriga (im Sternbild Fuhrmann) ist 470 Lichtjahre von der Erde entfernt und wenn man mit ihn mit einer speziellen Hochkontrastkamera und einem großen Teleskop auf Hawaii (das HiCIAO-Instrument am 8,2-Meter SUBARU-Teleskop) beobachtet, dann sieht das so aus:

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Oben rechts sieht man, wie man die Scheibe bisher beobachten konnte (der schwarze Fleck in der Mitte entsteht durch die Ausblendung des Lichts des Sterns). Oben links sind die neuen Aufnahmen und in der unteren Reihe sieht man die Details. Man sieht deutlich, dass die Verteilung unregelmäßig ist und dass es verschiedene “Ringe” aus Staub gibt. Diese Ringe sind allerdings nicht genau auf den Stern zentriert und es gibt dort Lücken. Das alles deutet auf die Existenz von Planeten hin die sich dort gerade bilden.

Auch bei dem Stern LkCa 15 (450 Lichtjahre entfernt) konnte man interessante Details in der Staubscheibe beobachten:

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Ok, ohne weitere Erklärung ist vielleicht schwer zu verstehen was man hier sieht. In der Mitte hinter dem roten Fleck befindet sich der Stern. Der helle, weiße Ring ist die innere Kante einer Lücke in der Scheibe die vom Stern angeleuchtet wird und von der das reflektierte Licht direkt in unsere Richtung kommt. Die Lücke dahinter ist außerdem noch unsymmetrisch: wieder ein deutliches Zeichen für die Existenz von Planeten die sich dort gerade bilden. Diese zwei Bilder zeigen das nochmal genau:

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Coole Sache! Ich bin ja schon gespannt wann wir die ersten Aufnahmen von solchen gerade erst geborenen Planeten bekommen…


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Kommentare (8)

  1. #1 Bullet
    21. Februar 2011

    Mir fällt dabei ein:
    wie würde der Kuipergürtel und die inneren Teile der Oortschen Wolke auf solch eine Teleskopbetrachtung von außen wirken? Wenn unser ganzes Sonnensystem in die große Lücke paßt, dann könnte glatt der weiter außen liegende Teil sowas wie eben unser Kuipergürtel sein.
    Dammit. Ich will eine Space-Jet. Oder zumindest eine Korvette.

  2. #2 edlonle
    21. Februar 2011

    irgend etwas näheres über die Metallizität von AB Auriga oder LkCa 15?
    Sagt mal, kann es nicht sein dass wir zu den “Ersten” gehören in unserer Galaxie? Ich meine mich zu erinnern dass anhand der 13,7 Mia Jahre und dem alter der Sonne geschlossen werden kann, dass wir in einem System der II. Generation geboren wurden also nicht viele Systeme existieren die diese hohe Metallizität aufweisen und damit überhaupt in der Lage sind eine komplexe Kohlenstoffchemie zu entwickelt zu haben. Also dass die die “Anderen” höchstens 0,5 Milliarden Jahre alt sein können. Ein Klacks sozusagen 😉

  3. #3 Bjoern
    21. Februar 2011

    @Bullet: Nicht so gierig – ein Moskito-Jet wäre hier schon mehr als ausreichend! (selbst die hatten eine Reichweite von 100 000 Lichtjahren…)

  4. #4 JolietJake
    21. Februar 2011

    Grrr, verfluchter Einstein!
    Warum konnte er sich nicht was ausgedenken wo v > c sein kann???
    Ich will Protoplaneten sehen!
    Oder noch lieber, den Moment in dem ein Stern zündet!
    *Heul*

    Aber cooler Artikel!

  5. #5 Bullet
    21. Februar 2011

    @Bjoern: eine Moskito hat andere Nachteile. Man ist beengt, und diese dämlichen Transformbomben belegen allen Platz im Laderaum. Wo soll dann die Cola-Zapfanlage hin? AUSSERDEM: in der Kuppel einer Space-Jet kann man ein Teleskop aufbauen und dann tolle Fotos machen.
    Naja.
    Irgendwie so.

  6. #6 Florian Freistetter
    21. Februar 2011

    @Bullet: “wie würde der Kuipergürtel und die inneren Teile der Oortschen Wolke auf solch eine Teleskopbetrachtung von außen wirken?”

    Genauso wie in den Bilder. Der Kuipergürtel IST die Trümmerscheibe des Sonnensystems.

    @edlonie: “Sagt mal, kann es nicht sein dass wir zu den “Ersten” gehören in unserer Galaxie?”

    Möglich ist viel. Aber unsere Sonne ist ~5 Milliarden Jahre alt; das Universum ~13 Milliarden Jahre. Da war noch viel Zeit davor und es gab auch schon lange vor der Sonne Sterne…

  7. #7 Bjoern
    21. Februar 2011

    @Bullet (‘tschuldige, Florian, ist *etwas* off-topic 😉 ):
    Hmmm, habe die Risszeichnungen gerade nicht zur Hand – aber meiner Erinnerung nach gab’s zumindest in Posbi-Raumern Colaautomaten. Warum dann nicht auch in Moskitojets…? 😉

    Ach ja, wozu gibt’s Google!
    http://www.pr-materiequelle.de/begriffe/riss/risszei/r313.htm
    Ich gebe zu, Colaautomaten sehe ich da keine – aber den Laderaum mit den Transformbomben gibt’s irgendwie auch nicht…

  8. #8 Christian 2
    23. Februar 2011

    Auch in unserer Galaxie gibt es ausreichend alte Sonnen. Aussagen ob wir die ersten sind, können wir nicht tätigen. Die Tatsache das sie noch nicht hier waren könnte man aber als Anzeichen deuten, das wir zu den ersten hochentwickelten Zivilisationen gehören.
    Denn technologisch wären wir schon jetzt in der Lage, andere Welten zu kolonialisieren.

    Das ist aber rein spekulativ, zumal wir nichts darüber wissen wie sich Leben auf anderen Planeten entwickelt. Und das wird sicherlich noch lange Zeit so bleiben.