Ringe und Lücken in einem sich entwickelnden Planetensystem (Originalartikel vom 30.03.2018)

Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff
(Originalartikel unter www.cfa.harvard.edu)

Ein Modell des Staubrings um den jungen Stern Elias 24, entstanden aus Simulationen, die auf neuen ALMA Millimeter-Aufnahmen des Systems beruhen. Das Modell stellt fest, daß der Staub durch einen Planeten mit 70% der Jupitermasse geformt wurde, der ungefähr 60 AE vom Stern entfernt gelegen ist. Dipierro et al. 2018


 
Die Entdeckung eines Exoplaneten ist in den meisten Fällen auf die Überwachung des Flackerns eines Sterns (die Transitmethode) oder auf dessen wackeln (die Radialgeschwindigkeitsmethode) zurückzuführen. Eine Entdeckung durch direktes Abbilden ist selten, da es ungemein schwierig ist, einen lichtschwachen Exoplaneten, der im blendenden Licht seines Muttersterns verborgen ist, aufzufinden. Doch hat das Aufkommen der neuen Generation von Radiointerferometern (als auch Verbesserungen bei der Bildgebung im nahen Infrarot) die Abbildung von protoplanetaren Scheiben und, in den Substrukturen der Scheiben, den Rückschluß auf umlaufende Exoplaneten ermöglicht. Lücken und ringähnliche Strukturen sind besonders faszinierende Hinweise auf die Anwesenheit oder der beginnenden Bildung von Planeten.
Staubringe sind durch ihre Infrarot- und Submillimeter-Strahlung in vielen protoplanetaren Systemen bereits identifiziert worden. Die Herkunft dieser Ringe wird diskutiert. Sie könnten sich durch Anhäufen von Staub, Absetzen von Staub, gravitative Instabilitäten oder auch durch Abweichungen in den optischen Eigenschaften des Staubs gebildet haben. Andererseits könnten sich die Ringe, bedingt durch die Bahnbewegung von Planeten, die sich bereits entwickelt haben oder auf dem Weg dorthin sind, ergeben. Planeten werden in den staubhaltigen Scheiben Wellen hervorrufen, die, wenn sie sich auflösen, Lücken oder Ringe erzeugen können. Bei der Lösung des Problems ist es wichtig zu beachten, daß sich verschieden große Staubkörner unterschiedlich verhalten. Kleine Körnchen sind stark an das Gas gekoppelt und spiegeln so die Masse des Gases wieder, wohingegen größere Körnchen (millimetergroß oder größer) dazu tendieren, den Druckgradienten zu folgen und sich nah an den Kanten der Lücken zu sammeln.
Die Astronomen Sean Andrews und David Wilner vom CfA waren Mitglieder einer Gruppe von Wissenschaftlern, die mit ALMA den Staub um den jungen Stern Elias 24 mit einer Auflösung von ungefähr 28 AE abbildeten (eine Astronomische Einheit ist ungefähr die durchschnittliche Entfernung der Erde zur Sonne). Die Astronomen finden Hinweise auf Lücken und Ringe und nehmen an, daß diese durch einen umlaufenden Planeten hervorgerufen werden; sie bildeten das System nach und die Modelle erlaubten ihnen, sowohl Masse und Ort des Planeten als auch die Dichteverteilung des Staubs zu entwickeln. Ihr bestes Modell erklärt die Beobachtungen recht gut: nach etwa vierundvierzigtausend Jahren hat der vermutete Planet 70% der Jupitermasse und befindet sich 61.7 AE von seinem Stern entfernt. Das Ergebnis stärkt den Gedanken, daß sowohl Lücken als auch Ringe in einer Vielzahl von jungen zirkumstellaren Scheiben vorhanden sind und die Anwesenheit von umlaufenden Planeten anzeigen.
Literatur:
“Rings and Gaps in the Disc around Elias 24 Revealed by ALMA”
G. Dipierro, L. Ricci, L. Pérez, G. Lodato, R. D. Alexander, G. Laibe, S. Andrews, J. M. Carpenter, C. J. Chandler, J. A. Greaves, C. Hall, T. Henning, W. Kwon, H. Linz, L. Mundy, A. Sargent, M. Tazzari, L. Testi1, and D. Wilner
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 475, 5312, 2018
oder
arXiv:1801.05812v1 [astro-ph.EP] 17 Jan 2018