Die protoplanetare Scheibe um den jungen Stern PDS 70, die möglicherweise die Samen eines dritten Planeten enthält (Bildnachweis: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Benisty et al.)
Drei ist definitiv keine Menge für Planeten um einen fernen Kinderstern.
Astronomen hatten bereits zwei Planeten entdeckt, die sich in der Gas- und Staubscheibe, der protoplanetaren Scheibe, um den jungen Stern PDS 70 bilden. Jetzt haben Astronomen mit dem James Webb Weltraumteleskop (JWST) im Rahmen des MIRI mid-infrared Disk Survey (MINDS) Projekts Hinweise auf eine dritte Welt entdeckt, die sich um den jungen Stern, der etwa 400 Lichtjahre von der Erde entfernt ist, bildet.
Mit der Nahinfrarotkamera (NIRCam) des JWST sah das MINDS-Team außerdem einen großen spiralförmigen Materialstrom, der das Wachstum eines der zuvor entdeckten Planeten, PDS 70C, fördert. Dieser Riesenplanet ist bereits von einer eigenen Materialscheibe umgeben, die ebenfalls von diesem Strom gespeist wird und aus der voraussichtlich Monde entstehen werden.
„Wir haben neue Beweise für das Vorhandensein eines dritten Planeten in diesem System gefunden, der auf der Grundlage von VLT-Beobachtungen vorgeschlagen wurde“, sagte Valentin Christiaens, Mitglied des MINDS-Teams und Postdoktorand in Astrophysik an der KU Leuven und der Universität Lüttich, gegenüber kosmischeweiten.de. (Das VLT ist das Very Large Telescope, das von der Europäischen Südsternwarte in Chile betrieben wird).
„Darüber hinaus deuten die neuen Infrarotmessungen, die wir für die beiden bekannten Protoplaneten erhalten haben, auf das Vorhandensein von erhitztem Material um sie herum hin – das die Bausteine für die Bildung von Monden um sie herum sein könnten“, fügte Christiaens hinzu.
Das PDS 70-System wurde bereits von einer Vielzahl von Teleskopen gut untersucht, darunter das bodengestützte Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) und das VLT.
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Es bleibt ein faszinierendes System für Astronomen, weil der Protostern und seine protoplanetare Scheibe schätzungsweise nicht älter als 5,5 Millionen Jahre sind – ein kosmisches Kleinkind im Vergleich zu unserem 4,5 Milliarden Jahre alten Sonnensystem.
„PDS 70 ist etwas Besonderes, denn es ist die einzige protoplanetare Scheibe, bei der alle Astronomen darin übereinstimmen, dass wir die Entstehung von Planeten auf frischer Tat ertappt haben“, so Christiaens. „Die detaillierte Untersuchung dieses Systems hat es uns ermöglicht, eine Menge über die Planetenbildung zu lernen.“
Der Forscher sagte, dass bisher wenig über die Eigenschaften des möglichen dritten Planeten um PDS 70 bekannt ist. Der Planet – der im Falle seiner Bestätigung die Bezeichnung PDS 70D erhalten würde – scheint von einer großen Menge Staub umhüllt zu sein und umkreist seinen Kinderstern in einer Entfernung, die etwa dem 13-fachen Abstand zwischen Erde und Sonne entspricht.
„Interessant ist, dass dieser Abstand ihn in die Nähe einer Resonanz der mittleren Bewegung von 1:2:4 mit den Planeten PDS 70B und PDS 70C bringt. Das bedeutet, dass seine Umlaufbahn fast genau doppelt so kurz wie die von Planet B und viermal kürzer als die von Planet C wäre“, so Christiaens. „Dies ist eine Situation, die wir aus dem Sonnensystem von den drei innersten Galileischen Monden des Jupiters kennen: Io, Europa und Ganymed.“
Obsevationen des Exoplaneten PDS 70b, aufgenommen mit ALMA, die zeigen, dass er von einer Staubwolke verfolgt wird, die auf einen „trojanischen Planeten“ hindeutet. (Bildnachweis: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) /Balsalobre-Ruza et al.)
Spirale Akkretionsströme wie der vom Team entdeckte wurden zuvor in den protoplanetaren Scheiben um junge Sterne theoretisch vorhergesagt. Signale dieser Ströme wurden sogar in anderen jungen Systemen gesehen. Dennoch sticht diese neue Entdeckung hervor, so die Teammitglieder.
„Es ist das erste Mal, dass wir dieses Merkmal direkt mit einem sich bildenden Planeten in Verbindung bringen können“, sagte Christiaens. „Dies könnte darauf hindeuten, dass einige der Spiralen, die in anderen protoplanetaren Scheiben beobachtet werden, auch mit sich bildenden Planeten in Verbindung gebracht werden können. Diese Ergebnisse haben also den Verdacht verstärkt, dass Spiralen, die in anderen Scheiben beobachtet werden, sehr wohl auch direkt mit Planeten in Verbindung stehen könnten, die in deren Scheibe eingebettet sind.“
Die Entdeckung von PDS 70D ist nicht in Stein gemeißelt; Christiaens sagte, dass weitere Beobachtungen dieses Systems erforderlich sein werden, bevor eine vollständige Bestätigung erfolgt. Das ist nicht schlecht, wenn man bedenkt, dass der Forscher von Anfang an nicht von der Existenz des Planeten überzeugt war!
„Der überraschendste Aspekt für mich war sicherlich, dieses Signal zu finden, das mit einem dritten Planeten übereinstimmt, da ich ursprünglich sehr misstrauisch gegenüber der ursprünglichen Behauptung in der ersten Arbeit war – ich dachte, das Signal könnte die Spitze der inneren Scheibe verfolgt haben“, sagte er.
Als die Forscher ihre besten Bildverarbeitungsalgorithmen anwandten, sahen sie ein zusätzliches Signal in ihren Bildern, das weder mit der Scheibe noch mit den anderen bekannten Planeten übereinzustimmen schien. Dieses Signal befindet sich zufällig an der Stelle, an der sie den zuvor vorgeschlagenen Kandidaten vermuten würden, wenn dieses Signal tatsächlich die Spur eines Planeten in seiner Umlaufbahn wäre. Wir haben nicht erwartet, ihn erneut zu entdecken“, sagte Christiaens. „Es war überhaupt nicht das ursprüngliche Ziel dieser Beobachtung, ihn zu bestätigen!“
Und das Team hat weitere JWST-Beobachtungen des PDS 70-Systems zu analysieren.
„Mittelfristig wird es ein sehr interessantes System sein, das mit dem Extremely Large Telescope (ELT) weiterverfolgt werden sollte, insbesondere um den dritten Planetenkandidaten zu bestätigen und möglicherweise zu charakterisieren“, schloss Christiaens. „Dies könnte uns helfen, die Zusammensetzung der sich bildenden Planeten und die Eigenschaften des Materials um die Planeten, die Bausteine für potenzielle Monde, besser zu verstehen.“
Die Forschungsergebnisse des MINDS-Teams wurden kürzlich auf dem Online-Paper-Repository arXiv veröffentlicht.
