Mit Hilfe des weltraumgestützten Chandra-Röntgenobservatoriums der NASA und des pensionierten Spitzer-Weltraumteleskops haben Astronomen „Gefahrenzonen“ für Planeten entdeckt, die sich um junge Sterne bilden.
Das Team fand diese tückischen Regionen durch Langzeitbeobachtungen eines Objekts mit der Bezeichnung Cygnus OB2. Mit einer Entfernung von 4 600 Lichtjahren ist dies der der Erde am nächsten gelegene große Sternhaufen, der Hunderte von massereichen Sternen und Tausende von masseärmeren Sternen beherbergt. Die Astronomen haben die entstandenen Bilder zu einem großen Mosaik zusammengefügt.
Durch die Hervorhebung des Glühens von hochenergetischer Röntgenstrahlung zwischen den Sternen konnte das Team eine Bestandsaufnahme der hellen jungen Sterne in Cygnus OB2 erstellen. Dieses Inventar wurde mit den optischen und infraroten Daten von Spitzer kombiniert, um eine umfassende Sternzählung von Cygnus OB2 zu erstellen.
Der Sternhaufen Cygnus OB2, wie er vom Chandra-Röntgenteleskop der NASA und dem inzwischen pensionierten Spitzer-Weltraumteleskop gesehen wurde (Bildnachweis: X-ray: NASA/CXC/SAO/J. Drake et al, IR: NASA/JPL-Caltech/Spitzer; Bildverarbeitung: NASA/CXC/SAO/N. Wolk)
„In diesem neuen zusammengesetzten Bild zeigen die Chandra-Daten (violett) die diffuse Röntgenemission und junge Sterne in Cygnus OB2, und die Infrarotdaten des inzwischen eingestellten Spitzer-Weltraumteleskops der NASA (rot, grün, blau und cyan) zeigen junge Sterne und kühleren Staub und Gas in der gesamten Region“, schreibt die NASA auf der Chandra-Website.
Die Gefahr für die Entstehung von Planeten in dicht gepackten Sternhaufen wie Cygnus OB2 geht von der hochenergetischen Ultraviolett- und Röntgenstrahlung aus, die von massiven jungen Sternen im Übermaß ausgestoßen wird. Diese Strahlung trifft auf dichte, wirbelnde und abgeflachte Wolken aus planetenbildendem Staub und Gas um die jungen Sternkörper, die sogenannten „protoplanetaren Scheiben“.
Massereiche junge Sterne sprengen potenzielle Planeten aus der Existenz
Vor etwa 4,6 Milliarden Jahren war die Sonne selbst von einer protoplanetaren Scheibe umgeben, aus der sich die Planeten, einschließlich der Erde, entwickelten. Das Fehlen dieser Scheibe im heutigen Sonnensystem deutet darauf hin, dass protoplanetare Scheiben nach der Geburt von Planeten nicht allzu lange bestehen bleiben.
Intensive hochenergetische Strahlung von einem Stern kann das Material der Scheibe zum Verdampfen bringen, ein Prozess, den die Astronomen „Photoverdampfung“ nennen. Danach wird die photoverdampfte Materie durch den Strahlungsdruck vom Stern weggedrückt, wodurch sogenannte „Scheibenwinde“ entstehen, die aus der Nähe des Sterns wehen.
Bei einem durchschnittlich massereichen Stern wie der Sonne benötigen Fotoverdampfung und Scheibenwinde zwischen 5 und 10 Millionen Jahren, um eine protoplanetare Scheibe vollständig zu zersetzen. Der Überschuss an Ultraviolett- und Röntgenstrahlung, der von massereicheren jungen Sternen ausgestrahlt wird, kann jedoch diesen Prozess der Erschöpfung der protoplanetaren Scheibe beschleunigen.
Die künstlerische Vorstellung einer protoplanetaren Scheibe um einen neugeborenen Stern. (Bildnachweis: Universität Kopenhagen/Lars Buchhave)
Daten von Chandra und Spitzer halfen dem Team, Beweise für die schnelle Auflösung von protoplanetaren Scheiben zu finden, die von massereichen jungen Sternen mit hochenergetischem Licht beschossen worden sind.
Die Forscher entdeckten auch, dass sich diese Scheiben besonders schnell in Regionen auflösen, in denen viele dicht gepackte Sterne zu finden sind.
Eine künstlerische Darstellung des Röntgenteleskops Chandra der NASA. (Bildnachweis: NASA)
Rund 40 % der jungen Sterne haben protoplanetare Scheiben in Regionen von Cygnus OB2 mit weniger massereichen Sternen und damit weniger hochenergetischer Strahlung. In Regionen des Sternhaufens mit mehr Röntgen- und Ultraviolettlicht und dichteren Sternfeldern sinkt dieser Anteil auf 18 %.
Das Team entdeckte auch, dass der stärkste Effekt der Scheibenauflösung in Cygnus OB2 in einer Region zu finden war, die etwa 1,6 Lichtjahre von den massereichsten Sternen des Haufens entfernt war. In den am dichtesten besiedelten Regionen von Cygnus OB2 fanden die Forscher, dass der Besitz der protoplanetaren Scheibe auf bis zu 1 % sank. Dies wäre demnach der ungünstigste Ort für die Bildung von Planeten.
Diese Regionen sind die bereits erwähnten „Gefahrenzonen“, die das Team gefunden hat.
Ergänzend zu diesen Ergebnissen untersuchte ein anderes Forschungsteam mit Chandra-Daten die Eigenschaften der Röntgenemissionen von Cygnus OB2. Dieses Team fand heraus, dass die energiereichen Emissionen aus Regionen des Sternhaufens stammen, in denen Scheibenwinde, die um massereiche Sterne herum wehen, aufeinander prallen. Solche Kollisionen erhitzen das Gas in den Winden und verursachen die Emission von Röntgenstrahlen.
Die Forscher fanden auch heraus, dass die weniger energiereichen Emissionen dieser Scheibenwinde mit kühlerem Gas in der Umgebung des Sternhaufens kollidierten.
Die „Gefahrenzonen“-Forschung wurde am Montag (28. Oktober) im Astrophysical Journal veröffentlicht, und die ergänzende Forschung wurde ebenfalls in der gleichen Zeitschrift veröffentlicht.
