Astronomen haben bei ihrer Forschungsarbeit oft ein großes Problem. Die Prozesse, die sie erforschen wollen, dauern einfach viel zu lange! Wenn zum Beispiel zwei Galaxien kollidieren, dauert der Zusammenstoß ein paar Milliarden Jahre. Da kann man nicht einfach abwarten und zusehen, was passiert. Zum Glück gibt es im Universum aber sehr viele Galaxien und sehr viele davon kollidieren miteinander. Bei manchen hat die Kollision gerade begonnen, manche stecken mitten drin und bei manchen ist sie schon fast wieder vorbei. Wenn wir verschiedene Stadien der Galaxienkollision bei verschiedenen Galaxien beobachten und das ganze noch mit Computersimulationen kombinieren, können wir trotzdem ein halbwegs gutes Bild davon gewinnen, was da eigentlich passiert. Galaxien sind eine Sache – sie sind groß und gut zu sehen. Wenn es um Planeten geht, wird es schwieriger. Vor allem, wenn wir herausfinden wollen, wie Planeten entstehen!
Die Planeten in unserem Sonnensystem sind alle schon seit ein paar Milliarden Jahren fertig. Und bis 1995 waren das alle Planeten, die wir kannten. Wenn wir etwas über die Entstehung der Planeten wissen wollten, mussten wir also zwangsläufig mit Computersimulationen arbeiten. Dann aber entdeckten wir auch anderswo im All Planeten und damit stieg die Chance, auch unterschiedliche Stadien der Planetenentwicklung beobachten zu können. Da draußen muss es Planeten geben, die schon viel älter sind als die Himmelskörper in unserem Sonnensystem. Es muss Planeten geben, die viel jünger sind. Und vor allem muss es auch Planeten geben, die gerade erst entstehen!
Es ist aber schon schwierig genug, ganz normale Planeten zu finden. Planeten zu entdecken, die sich noch im Entstehungsprozess befinden, ist noch viel schwieriger. Einerseits, weil das ziemlich schnell passiert. Es dauert nur ein paar Dutzend Millionen Jahre, bis so ein Planet fertig ist. Verglichen mit dem Alter des Universums ist das wenig und die Chance ist groß, so ein Ereignis zu verpassen. Andererseits sind Planeten in Entstehung generell knifflig zu beobachten. Denn sie entstehen in großen Scheiben aus Staub und darin ist es schwer, etwas konkretes zu sehen (vor allem, weil unsere Technik prinzipiell noch nicht gut genug ist, um Planeten – abgesehen von Ausnahmen – direkt sehen zu können). Aber vielleicht ist es jetzt doch gelungen!
Sascha Quantz von der ETH Zürich und seine Kollegen haben die großen Teleskope der Europäischen Südsternwarte ESO benutzt, um den Stern HD 100546 zu beobachten. Dieser Stern ist noch sehr jung; er ist erst einige Millionen Jahre alt. Und er ist von einer Scheibe aus Gas und Staub umgeben. Einer Scheibe, in der Planeten entstehen könnten… Sie ist ziemlich groß und reicht bis zu 700 astronomische Einheiten ins All; ihr Ende ist also 700 mal weiter von ihrem Stern entfernt als die Erde von der Sonne. In dieser Scheibe ist nicht alles so ordentlich wie es sein sollte. Es gibt diverse Unregelmäßigkeiten und Störungen und das ist ein deutlicher Hinweis darauf, dass sich in der Scheibe etwas befindet, dass die Dinge dort durcheinanderwirbelt. Dieses “etwas” sind normalerweise Planeten und man kann die Störungen benutzen, um die genauen Eigenschaften so eines Planeten zu bestimmen (wie es zum Beispiel beim Stern Beta Pictoris gelungen ist). Quantz und seine Kollegen haben aber noch mehr geschafft: Sie konnten die Scheibe fotografieren, das Bild mit diversen Bearbeitungsmethoden verbessern und darin ein Objekt finden, das ein Planet sein könnte. Es befindet sich etwa 70 astronomische Einheiten vom Stern entfernt; also mehr als doppelt so weit entfernt wie Neptun, der äußerste Planet in unserem Sonnensystem.
Der Stern HD 100546 und seine Scheibe, aufgenommen mit dem Hubble-Teleskop. Der orange Punkt zeigt an, wo sich der Planet befindet (Bild: ESO/NASA/ESA/Ardila et al.)
Es ist aber schwer, die Masse so eines Objekts zu bestimmen. Denn man hat ja nur ein Bild und sonst nichts. Genau kann man die Masse nur bestimmen, wenn man auch Daten über die Bewegung hat – aber da muss man noch ein paar Jahre länger beobachten. Eher Jahrzehnte, denn ein Planet der so weit von seinem Stern entfernt ist, bewegt sich auch sehr langsam. Man kann aber Computermodelle benutzen um trotzdem einen Hinweis auf die Masse zu bekommen. Das Ergebnis: Das Ding ist 20 Mal so schwer wie Jupiter. Es wäre also kein Planet mehr, sondern ein brauner Zwerg; ein Mittelding zwischen Planet und Stern. Das kann aber nicht sein, denn so ein schwerer Himmelskörper würde die Scheibe deutlich stärker stören als es der Fall ist. Man müsste viel größere Unregelmäßigkeiten beobachten.
Vielleicht aber ist der Planet gar nicht so schwer. Die Computermodelle basieren auf der Helligkeit. Je größer und schwere ein Planet ist, desto mehr Licht kann er reflektieren und desto heller ist er. Aber vielleicht ist der Planet deswegen so enorm hell, weil er noch so jung und heiß ist. Ein junger Planet der gerade erst entsteht, nimmt ständig Masse aus der Umgebung auf und diese sogenannte Akkretion setzt Energie frei. Je mehr Material der Planet sammelt, desto schwerer wird er und desto mehr sackt er unter seinem eigenen Gewicht zusammen. Dabei wird Gravitationsenergie in Wärmeenergie umgewandelt und abgegeben. Der Planet könnte also deswegen so hell (und damit so groß) erscheinen, weil er gerade erst ensteht. In Wahrheit ist er aber viel kleiner und deswegen sieht man auch keine großen Störungen in der Scheibe.
Ausschnitt aus der Scheibe um den Stern. Die Region um den jungen Planeten ist in orange sichtbar. Der schwarze Kreis im Bild ist ein Teil des Teleskops, der das Licht des Sterns abschirmt (Bild:ESO)
Der Planet wäre dann erst knapp 100.000 Jahre alt – also wirklich “gerade erst” geboren, nach kosmischen Maßstäben. Es gibt natürlich noch andere Möglichkeiten. Der Planet könnte ganz woanders entstanden sein, viel näher am Stern. Eine nahe Begegnung mit einem anderen Planeten hat ihn dann rausgeschleudert. Dann aber würde er sich sehr schnell noch viel weiter vom Stern entfernen und ist es unwahrscheinlich, dass man ihn gerade jetzt, mitten in der Scheibe erwischt hat. Außerdem ist die Hypothese schwer zu überprüfen, weil man die sternnahe Region nicht beobachten kann – und damit auch keine Chance hat, den etwaigen zweiten Planeten zu sehen.
Man braucht noch mehr Beobachtungen. Ein paar Jahre mindestens (wie gesagt, der Planet bewegt sich langsam), auf jeden Fall so viel wie man braucht, um zu sehen, in welche Richtung er sich bewegt. Fliegt er vom Zentrum des Sterns weg nach außen, dann wurde er wohl tatsächlich rausgeschleudert. Bewegt er sich aber um den Stern herum, dann ist es wohl tatsächlich ein junger Planet, der gerade entsteht. Und das wäre eine extrem coole Sache! Dann könnten wir endlich live dabei zusehen, wie die Planeten entstehen und wären nicht mehr nur auf Computersimulationen angewiesen.
Die immer besseren Teleskope werden uns in Zukunft vermutlich noch mehr solcher “Baby”-Planeten zeigen. Und dann wird es wirklich spannend werden…
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