Das haben Marzari und Picogna in ihrer Arbeit “Circumstellar disks can erase the effects of stellar fly-bys on planetary systems” getan. In einer ersten Simulation haben sie einen Stern betrachtet, der von einer “Super-Erde” umkreist wird, ungefähr 30 Mal schwerer als unser Planet. Die Super-Erde ist 18 Mal weiter vom Stern entfernt als unsere Erde, hat also eine Entfernung von 18 astronomischen Einheiten und eine kreisförmige Bahn. Außerdem gibt es noch eine große Scheibe aus Gas und Staub, die den Stern umgibt. Und einen zweiten Stern, der sich bis auf 70 astronomische Einheiten nähert. Was dabei passiert, zeigen diese Bilder:

Oben links sieht man die Scheibe vor dem Vorbeiflug. Die Farbe gibt an, wieviel Gas und Staub sich in einer Region befindet und man sieht gut, dass sich das Material überall halbwegs gleichmäßig verteilt. Im zweiten Bild, oben rechts, ist der fremde Stern nur noch 150 astronomische Einheiten entfernt und man erkennt klar, dass sich das auf die Scheibe auswirkt. Die äußeren Regionen werden geleert, die inneren Regionen werden dichter. Im dritten Bild, unten links, sieht man den Zustand nach dem Vorbeiflug des Sterns. Die Scheibe hat sich wieder beruhigt, ist aber viel kleiner geworden. Die äußeren Bereiche sind von Gas und Staub gesäubert und auch innen hat sich eine kleine Lücke aufgetan (verursacht durch die Bewegung des Heimatsterns, der ja ebenfalls durch den Vorbeiflug beeinflusst wurde). So viel zur Scheibe. Aber wie sieht es mit dem Planeten aus? So:

Oben sieht man, wie sich die Exzentrizität des Planeten ändert. Zuerst steigt sie an, während sich der Stern nähert. Bei der kürzesten Entfernung gibt es einen großen Sprung nach oben. Und danach sinkt sie wieder, bis fast auf den ursprünglichen Wert. Das liegt daran, dass der Planet nach dem Stern-Vorbeiflug mit der Gas- und Staubscheibe interagiert. Durch seine jetzt ovale Bahn pflügt er quasi mitten durch die Scheibe und das beeinflusst seine Bewegung. Man erkennt das auch gut im zweiten Bild, dass die Entwicklung der großen Halbachse der Bahn zeigt; das ist der mittlere Abstand zwischen Stern und Planet. Nach dem Vorbeiflug wird sie kleiner und das ist typisch für eine planetare Migration. Die Auswirkungen des Vorbeiflugs eines Sterns auf die Exzentrizität der Planetenbahn ist also schon nach wenigen tausend Jahren vom Staub wieder verwischt worden. Das gilt auch, wenn man ein System mit mehreren Planeten betrachtet.

Hier kann der Vorbeiflug zwar durchaus katastrophale Folgen haben. Wenn der fremde Stern die Exzentrizität der Planetenbahnen erhöht, können sich die Planeten in die Quere kommen, miteinander kollidieren oder aus dem System fliegen. Aber die verbleibenden Planeten zeigen das gleiche Verhalten wie die Super-Erde aus der ersten Simulation. Hier ist ein Beispiel:

Links sieht man ein System mit drei Planeten (jeder so schwer wie Jupiter), die sich 5, 10 und 18 astronomische Einheiten von ihrem Stern entfernt befinden. Hier ist die Sache natürlich ein wenig komplexer. Betrachten wir das Bild oben links, das die Entwicklung der Exzentrizität zeigt. Zuerst reagiert natürlich der äußerste Planet (blau) auf die Annäherung des Sterns. Seine Exzentrizität springt von 0 auf 0,3. Damit beeinflusst er natürlich auch die anderen Planeten, denn jetzt kann er ihnen näher kommen als vorher. Es folgen also dramatische Bahnänderungen der beiden inneren Planeten, die nun sowohl durch den nahenden Stern als auch die veränderten Planetenbahnen verursacht werden. Besonders betroffen ist der innerste Planet (rot). Aber wenn man 10000 Jahre lang wartet, dann sinkt auch hier die Exzentrizität wieder ab und die Werte am Ende der Simulation sind nur wenig erhöht. Auf der rechten Seite sieht man ein ähnliches Verhalten für ein engeres Planetensystem , bei dem die Planeten nur 4, 8 und 12 astronomische Einheiten vom Stern entfernt sind.

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Kommentare (10)

  1. #1 Bullet
    12. Dezember 2012

    … und das in astronomisch so unglaublich kurzen Zeiten … hey: 10 000 Jahre sind nix.

    Vielen Dank für diesen wieder einmal richtig gelungenen Artikel. Hatte ich schon erwähnt, daß ich Wissenschaft mag?

  2. #2 frantischek
    12. Dezember 2012

    Dass sie tatsächlich kollidieren ist so gut wie unmöglich;…

    Laut SWAB kommt das gar nicht sooo selten vor, in den dichten Kernregionen von Kugelsternhaufen.
    https://scienceblogs.com/startswithabang/2012/11/26/messier-monday-a-straggling-globular-cluster-m30/

    …two low-mass stars can merge, creating a heavier, bluer, hotter star that will burn through its fuel faster. This explanation makes a lot of sense, particularly when the stellar density is very high!…

    …There is some evidence that the collision idea is dominant…

  3. #3 Florian Freistetter
    12. Dezember 2012

    @frantischek: “Laut SWAB kommt das gar nicht sooo selten vor, in den dichten Kernregionen von Kugelsternhaufen.”

    Ja, in den Kernregionen von Kugelsternhaufen. Aber das sind ja auch keine durchschnittlichen Himmelsregionen. Ich hab zu dem ganzen Thema auch ein eigenes Kapitel in meinem “Krawumm”-Buch geschrieben wo ich das mit den Kugelsternhaufen ausführlich erklären.

  4. #4 Lukas
    12. Dezember 2012

    Bestimmt Kennen sie das Programm Stellarium ?! Ich habe da gerade ein bischen Umgeguckt und mir ist aufgefallen das die Planeten (fast) in einer Reihe stehen kommt das oft vor oder eher selten ?

  5. #5 Florian Freistetter
    12. Dezember 2012

    @Lukas: 1) Deine Frage hat NICHTS mit dem Thema des Artikels zu tun. Würdest du im echten Leben einfach in ein völlig anderes Gespräch reinplatzen, nur um deine Frage zu stellen? Du hättest mir auch ne Mail schreiben können. Oder einfach mal die Google-Suche bemühen kann. Denn dann hättest du den richtigen Ort für deine Frage gefunden. Ich habe nämlich
    2) hier alles erklärt, was du wissen willst: https://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2009/09/werden-die-planeten-2012-alle-in-einer-reihe-stehen.php Was du in Stellarium siehts, ist KEINE Planetenreihe. Ja, auch wenn es so aussieht. Lies bitte den verlinkten Artikel, da habe ich das alles genau erklärt.

  6. #6 Lukas
    12. Dezember 2012

    Okay Tut Mir Leid

  7. #7 Bjoern
    12. Dezember 2012

    Schöner, interessanter Artikel! 🙂

    Nitpick:

    Im zweiten Bild, oben links, …

    Ein “rechts” wäre da wohl sinnvoller… 😉

  8. #8 zerology
    12. Dezember 2012

    Coole Sache, Danke!

    Das heißt dann auch, dass die anfängliche Staubwolke dazu führt, dass die Planetenbahnen (bei Einzelsternen, ohne Vorbeiflug) wenig Excentizität haben.

    Grüße, z.

  9. #10 Anwalts_Liebling
    13. Dezember 2012

    leider haben die Kommentare nicht dasselbe Niveau (was aber leider bei dieser und ähnlichen Seiten normal ist…)