Ein großer roter Orb, umgeben von orangefarbenem und gelb leuchtendem Staub. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Astronomen haben beispiellose Aufnahmen von jungen Planeten in einem fernen Sternsystem gemacht. Diese Planeten sind noch von Ringen aus Gas und Staub umgeben, aus denen sich offenbar Monde bilden. Die beiden abgebildeten Babyplaneten, auch „Protoplaneten“ genannt, umkreisen den Stern PDS 70, der 370 Lichtjahre entfernt im Sternbild Zentaur liegt. In stellarer Hinsicht ist PDS 70 kaum mehr als ein Kleinkind, mit einem Alter von nur etwa 5 Millionen Jahren. Wenn das alt erscheint, bedenken Sie, dass unser „mittleres“ Sonnensystem etwa 4,6 Milliarden Jahre alt ist.
Die Wissenschaftler hinter dieser Forschung glauben, dass das Sonnensystem vor Milliarden von Jahren einer Miniaturversion des PDS-70-Systems geähnelt hätte.
Astronomen der University of Arizona haben extrasolare Planeten, sogenannte Exoplaneten, abgebildet. Dafür nutzten sie das hochmoderne Instrument Magellan Adaptive Optics Xtreme (MagAO-X) in Kombination mit dem 6,5-Meter-Magellan-Teleskop am Las-Campanas-Observatorium in Chile.
Das Team beobachtete erstmals Veränderungen in der Helligkeit der Protoplaneten, was darauf hindeutet, dass sie sich in einem turbulenten Wachstumsprozess befinden.
„Zum ersten Mal können wir Staubringe um Protoplaneten sehen, die durch das reflektierte Licht eines hellen Sterns sichtbar werden“, sagte Teammitglied Jialin Li, Doktorand der Astronomie an der University of Arizona, in einer Stellungnahme.
Protoplaneten sind äußerst selten. Von den über 5.000 Welten, die außerhalb unseres Sonnensystems in einem Exoplanetenkatalog verzeichnet sind, wurden bisher nur zwei bestätigt: PDS 70 b und PDS 70 c.
Scharfere Aufnahmen seltener Protoplaneten wie dieser und des Staubs um sie herum könnten entscheidend sein, um zu verstehen, wie Planeten wachsen und wie sie später Monde oder „Exomonde“ entwickeln, wenn sie sich außerhalb des Sonnensystems befinden.
PDS 70 b und PDS 70 c sind beide bereits mehrfach so massereich wie Jupiter, doch ihr junges Alter von 5 Millionen Jahren deutet darauf hin, dass sie noch wachsen, indem sie Materie aus der Gas- und Staubwolke, auch „protoplanetare Scheibe“ genannt, ansammeln, die ihren Mutterstern umgibt.
„Mehrere massereiche Planeten verhalten sich ein bisschen wie Besen oder Staubsauger“, erklärte der Leiter des Forschungsteams, Laird Close, Professor für Astronomie am Steward Observatory. „Sie streuen den Staub im Wesentlichen weg und schaffen die große Lücke, die wir in dieser riesigen Scheibe aus Gas und Staub beobachten, die den Stern umgibt.“
Ein großer roter Orb, umgeben von orangefarbenem und gelb leuchtendem Staub. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Wenn Materie, die hauptsächlich aus Wasserstoffgas besteht, auf Protoplaneten „herabstürzt“, leuchten diese jungen Welten in der sogenannten H-alpha-Wellenlänge des Lichts. Dieses Licht entsteht, wenn das Gas beim Aufprall auf die Oberfläche des Protoplaneten „stoßgeheizt“ wird.
„Indem MagAO-X diese spezielle Wellenlänge des Lichts anvisiert, kann es effektiv Rauschen reduzieren und zwischen Protoplaneten und ihren umgebenden Merkmalen oder Bildartefakten unterscheiden“, sagte Close.
Im Laufe von drei Jahren beobachtete das Team, wie PDS 70 b auf ein Fünftel seiner ursprünglichen Helligkeit abnahm, während sein Geschwisterprotoplanet, PDS 70 c, seine Helligkeit verdoppelte. Dies deutete den Forschern darauf hin, dass sich die Menge der Materie, die auf diese Protoplaneten fiel, verändert hatte.
„Im Grunde hat einer der Planeten plötzlich eine Diät begonnen, während der andere sich an Wasserstoff labte,“ sagte Close.
Bislang ist sich das Team nicht sicher, was die Ernährungsgewohnheiten dieser jungen Exoplaneten verändert hat.
Ein großer roter Orb, umgeben von orangefarbenem und gelb leuchtendem Staub. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Die Beobachtung dieser Protoplaneten stellt eine bemerkenswerte Leistung für MagAO-X dar, ein adaptives Optiksystem. Dieses System korrigiert atmosphärische Turbulenzen und eliminiert das „Funkeln“ der Sterne. Dadurch kann MagAO-X Bilder erzeugen, die denen eines optischen Weltraumteleskops in nichts nachstehen.
„Der Spiegel verändert seine Form mit einer Geschwindigkeit, die vergleichbar ist mit der Anpassung einer Brillenstärke 2.000 Mal pro Sekunde. Da unsere Technologie Störungen aus der Atmosphäre entfernt, ist es ein bisschen so, als würde man einen 6,5-Meter-Teleskopspiegel nehmen und ihn durch einen Klick mit der Computermaus ins Weltall versetzen“, erklärte Close. „Diese Auflösungsstufe enthüllte Details um diese Planeten in unglaublicher Präzision. Um Ihnen eine Vorstellung von der Auflösung zu geben: Stellen Sie sich vor, ich stehe in Phoenix und Sie in Tucson. Mit MagAO-X könnten Sie aus einer Entfernung von 125 Meilen erkennen, ob ich eine oder zwei Vierteldollarmünzen halte.“
Close und seine Kollegen werden nun mit MagAO-X nach weiteren Protoplaneten um andere junge Sterne suchen.
„Die Entdeckung dieser Protoplaneten liegt gerade an der Grenze dessen, was heute technisch möglich ist. Mit fortschreitender Technologie sollten wir in naher Zukunft jedoch mehr solcher Systeme finden“, schloss er. Die Forschungsergebnisse des Teams wurden im Astronomical Journal veröffentlicht.
