Über die chaotischen Vorgänge bei der Entstehung von Planeten habe ich ja schon oft geschrieben. Die Planeten bilden sich ja aus einer großen Scheibe voller Gas, Staub und Gesteinsbrocken und es braucht ziemlich viele Kollisionen, bis daraus ein großer Himmelskörper geworden ist. Und nicht alle der jungen Planeten überleben lange. Es entstehen immer mehr Planeten, als in einem System eigentlich Platz haben – das heißt, auch sie kollidieren wieder miteinander und zerstören sich gegenseitig. Manchmal völlig; manchmal nur teilweise, wie es bei der Entstehung des Mondes der Fall war. Am Ende sind viele Planeten auf jeden Fall verschwunden; entweder aus dem System geworfen oder wieder zurück zu Staub zertrümmert. Was genau mit diesem Staub passiert, haben Wissenschaftler aus Großbritannien und Frankreich nun untersucht.
In der Arbeit mit dem Titel “Debris from giant impacts between planetary embryos at large orbital radii” haben sich Alan Jackson aus Cambridge und seine Kollegen mit den Kollisionen von Protoplaneten beschäftigt; also von den jungen, großen Himmelskörpern die sich gerade erst gebildet haben. Dabei haben sich die Astronomen vor allem auf Kollisionen konzentriert, die weit entfernt vom Stern stattfinden. Einerseits, weil das noch ziemlich unerforschtes Gebiet ist, da man sich meistens immer der Entstehung erdähnlicher Planeten widmet, die näher am Stern sind. Andererseits aber auch, weil die Vorgänge weiter entfernt vom Stern langsamer ablaufen und es leichter ist, die Folgen der Kollisionen zu beobachten.
Wissenschaftler haben ja schon jede Menge Sterne entdeckt, die von großen Staub- und Gasscheiben umgeben sind und bei denen die Planeten gerade entstehen (“protoplanetare Scheibe”) oder die Planetenentstehung erst kurz vorbei bzw. noch nicht ganz abgeschlossen ist (“Trümmerscheiben”). Die erste dieser Scheiben hat man sogar schon 1984 beobachtet, also mehr als 10 Jahre vor der Entdeckung des ersten extrasolaren Planeten (ich hab die Geschichte dieser Entdeckung in meinem Buch genauer beschrieben). Man sah sie beim Stern Beta Pictoris, der heute immer noch zu den interessantesten Himmelsobjekten gehört. Man hat nicht nur die Scheibe um den Stern sehr detailliert beobachtet, sondern dort auch einen Planeten entdeckt.
Die Scheibe um Beta Pictoris weist diverse Unregelmäßigkeiten auf; zum Beispiel eine Asymmetrie mit einer deutlich helleren Region in der Scheibe, ungefähr 52 Astronomische Einheiten vom Stern entfernt (also deutlich weiter weg als zum Beispiel der Neptun von der Sonne, der nur 30 Astronomische Einheiten weit weg ist):
Es gibt noch mehr solcher Unregelmäßigkeiten in der Scheibe von Beta Pictoris und ich habe früher selbst mal darüber geforscht, wie die verursacht werden können. Ich kam zu dem Schluss, dass sich dort neben dem bekannten Planeten noch ein paar mehr Planeten herumtreiben, die diese Unregelmäßigkeiten verursachen. Aber vielleicht sind es auch die Trümmer einer planetaren Kollision. Das vermuten zumindest Jackson und seine Kollegen, nachdem sie sich genau angesehen haben, was bei so einer Kollision passiert.
Sie haben das ganze in Computermodellen analysiert und sich genau angesehen, wie und wie schnell sich die Trümmer verteilen. So sieht ein typisches Ergebnis aus:
Bild: Jackson et al, 2014
Oben links sieht man den Zustand kurz nach der Kollision selbst. Die Zeit misst man hier in “Jahren” des kollidierten Himmelskörpers, also dem Zeitraum, den er gebraucht hat, um seinen Stern einmal zu umkreisen. Je nach Abstand vom Stern ist das länger oder kürzer. Im ersten Bild sind auf jeden Fall 0,2 Orbits vergangen; im zweiten Bild oben rechts sind es 2 Orbits und man sieht wie sich das Material spiralförmig verteilt. Da nicht alle Trümmerstücke gleich schnell davon fliegen, verteilen sie sich langsam im Raum; außerdem wirkt auch noch die Strahlung des Sterns und beeinflusst die Bewegung. Interessant ist der Zustand unten links nach 200 Orbits. Da hat sich der Staub schon weiter verteilt und bildet nun eine Scheibe bzw. einen Ring und keine Spirale mehr. Aber diese Scheibe ist deutlich asymmetrisch und man erkennt eine Region mit höherer Trümmerdichte an der Stelle, an der die Planeten kollidiert sind.
Das ist nicht überraschend, denn das ist ja der Punkt, von dem ursprünglich alle Trümmerteile stammen. Sie müssen also auf ihren jeweiligen Umläufen um den Stern alle erstmal immer wieder durch diesen Punkt durch. Das gibt eine Gedrängel und die Trümmer kollidieren weiter miteinander. Dort wo die Planeten kollidiert sind, sammelt sich also wesentlich mehr Kram an als anderswo und es dauert, bevor sich das alles gleichmäßig verteilt hat, wie im Bild unten rechts, das den Zustand nach 10.000 Orbits zeigt.
Die asymmetrische Scheibe aus dem Bild unten rechts sieht aber ziemlich genau so aus, wie das, was man bei Beta Pictoris beobachtet. Vielleicht sind dort tatsächlich zwei Protoplaneten zusammengestoßen und haben eine große Trümmerwolke hinterlassen. Das müsste dann vor ungefähr einer Million Jahren passiert sein. Ob das wirklich so wahr, lässt sich anhand der vorliegenden Daten noch nicht sagen. Aber Jackson und seine Kollegen haben auf jeden Fall gezeigt, wie man die Bewegung der Trümmer solcher planetaren Kollisioen verfolgen kann und wie sich ihre Spuren zumindest theoretisch in astronomischen Beobachtungen nachweisen lassen. Man sollte sich also auf jeden Fall die Mühe machen und weiter nach solchen Spuren Ausschau halten!
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