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