(Bildnachweis: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/SMA/ L. Matrà et al.)
Ringe von Kometen wurden um 74 fremde Sternensysteme entdeckt, was nicht nur die Existenz von Billionen eisiger Exokometen, sondern auch die Quelle des meisten Wassers in diesen Systemen offenbart.
Die Entdeckung der so genannten „Planetesimalgürtel“ wurde durch gemeinsame Beobachtungen des Atacama Large Millimeter Array (ALMA) in Chile und des Submillimeter Array (SMA) auf dem Mauna Kea in Hawaii gemacht. Da die Gürtel so weit von ihrem Zentralstern entfernt sind, sind sie kalt, mit Temperaturen zwischen -418 und -238 Grad Fahrenheit (-250 bis -150 Grad Celsius). Daher strahlen sie hauptsächlich Licht mit langen Wellenlängen ab, weshalb ALMA und SMA benötigt werden. Obwohl ein Millimeter für uns klein ist, ist er viel größer als die Nanometer-Wellenlänge des optischen Lichts und die mikrometergroßen Wellenlängen des Infrarotlichts, die von anderen Observatorien wie dem James Webb Space Telescope beobachtet werden.
Das von ALMA und SMA entdeckte Submillimeterlicht stammt von unzähligen winzigen, nur millimetergroßen „Steinchen“, die von größeren Kometenkörpern abgeschleudert wurden, als diese in kosmischen Zeiträumen miteinander kollidierten.
Astronomen sagen, dass diese Art von Gürteln bei Exoplaneten recht häufig vorkommt. „Exokometen sind Gesteins- und Eisbrocken von mindestens einem Kilometer Größe, die in diesen Gürteln zusammenstoßen und so die Gerölle erzeugen, die wir hier mit den ALMA- und SMA-Teleskopen beobachten“, so Luca Matrà von der Universität Dublin in einer Erklärung. „Exokometrische Gürtel kommen in mindestens 20 % der Planetensysteme vor.“
In unserem eigenen Sonnensystem ist der Kuiper-Gürtel eine Region von Eiskörpern, von denen einige als Kometen durch das innere Sonnensystem fliegen, das sich weit von der Sonne entfernt in Entfernungen zwischen 30 und 55 Astronomischen Einheiten (AU; eine AU entspricht 149,6 Millionen Kilometern/93 Millionen Meilen, was der durchschnittlichen Entfernung zwischen Erde und Sonne entspricht) befindet.
Eine künstlerische Darstellung eines Kuiper-Gürtels um einen anderen Stern. (Bildnachweis: ESO/M. Kornmesser)
Exokometen jenseits unseres Sonnensystems wurden bereits vom Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA entdeckt, deren Schweife beim Vorbeiflug an ihrem Stern aufflackern, und auch Planetesimalgürtel wurden schon früher identifiziert, jedoch nie in solchen Mengen. Daher ist diese umfassendere Untersuchung notwendig. Matrà leitete die Forschung im Rahmen des REsolved ALMA and SMA Observations of Nearby Stars (REASONS) Programms.
„Die Bilder offenbaren eine bemerkenswerte Vielfalt in der Struktur der Gürtel“, sagte Sebastián Marino, Mitglied des REASONS-Teams von der Universität Exeter.
Die 74 Planetensimulatorengürtel befinden sich alle um Sterne in einem Umkreis von 500 Lichtjahren um unser Sonnensystem. Sie haben ein unterschiedliches Alter, einige sind gerade erst entstanden, andere sind bereits Milliarden von Jahren alt. Sie befinden sich zwischen einigen Dutzend und Hunderten von AE von ihrem Stern entfernt, und einige der Gürtel sind geneigt oder länglich, als ob die Schwerkraft eines unsichtbaren Planeten oder mehrerer Planeten an ihnen zieht.
Bei allen Unterschieden zwischen ihnen lassen sich jedoch Muster erkennen.
Exocomet-Gürtel, beobachtet mit den Arrays ALMA und SMA. (Bildnachweis: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/SMA/ L. Matrà et al.)
„Zum Beispiel bestätigte [die Untersuchung] , dass die Anzahl der Kieselsteine bei älteren Planetensystemen abnimmt, wenn die Gürtel aus größeren Exokometen bestehen, die zusammenstoßen, aber sie zeigte zum ersten Mal, dass dieser Rückgang der Kieselsteine schneller erfolgt, wenn der Gürtel näher am Zentralstern liegt“, sagte Matrà. „Wir haben auch indirekt – über die vertikale Dicke der Gürtel – gezeigt, dass in diesen Gürteln wahrscheinlich unbeobachtbare Objekte von 140 Kilometern bis zur Größe eines Mondes vorhanden sind.“
Im Allgemeinen besteht bei den 74 Planetensimulatorengürteln auch die Tendenz, dass sie größer als erwartet sind und sich bis zu großen Radien von ihrem Zentralstern erstrecken.
„Einige sind schmale Ringe, wie im kanonischen Bild eines ‚Gürtels‘ wie dem Edgeworth-Kuiper-Gürtel unseres Sonnensystems, aber eine größere Anzahl von ihnen ist breit und wahrscheinlich eher als Scheiben denn als Ringe zu beschreiben“, so Marino.
Kleinere Gürtel, die sich näher an ihrem Stern befinden, sind wärmer und strahlen daher bei Submillimeter-Wellenlängen nicht so stark, so dass es für ALMA und SMA schwieriger ist, sie zu entdecken. Diese Möglichkeit könnte mit dem James Webb Space Telescope (JWST) weiterverfolgt werden, das wärmere Gürtel aufspüren könnte.
JWST könnte auch nach Strukturen suchen, die ALMA nicht auflösen kann, wie etwa schmale Lücken in den Gürteln oder Objekte, die von Zwergplaneten wie Pluto bis hin zu vollwertigen Welten reichen.
Der Grund für REASONS, wenn Sie das Wortspiel verzeihen, ist es, den Astronomen mehr Hinweise darüber zu geben, wie sich diese Eisgürtel bilden und entwickeln, und mehr über die Rolle zu erfahren, die sie in Planetensystemen insgesamt spielen.
Liefern die Kometen zum Beispiel Wasser an Welten, die ihrem Stern näher sind, damit außerirdisches Leben auf diesen Welten überleben kann? Oder bringen die Kometen den Tod vom Himmel, indem sie in diese Welten einschlagen und das Leben auslöschen? Durch den Vergleich dieser Planetensimulatorengürtel um andere Sterne mit unserem eigenen Edgeworth-Kuiper-Gürtel, der derzeit von Pionieren wie der New Horizons-Mission erforscht wird, können die Astronomen die Geheimnisse aufdecken, die diese gefrorenen Welten verborgen gehalten haben.
Die Forschungsarbeit wird in der Januarausgabe 2025 von Astronomy and Astrophysics veröffentlicht.
