Zusehen, wie ein Planet wächst

Astronomen weisen Exoplaneten meist anhand von Unregelmäßigkeiten im Leuchten des Muttersterns nach. Obwohl bisher über 4.000 Exoplaneten katalogisiert wurden, konnten bisher nur 15 direkt von Teleskopen abgebildet werden. Selbst auf deren besten Fotos sind die Planeten nur Punkte, einfach weil sie so weit weg und recht klein sind. Eine neue Technik des Hubble-Teams soll nun dabei helfen, Planeten direkt abzubilden. Den Forschern ist es damit gelungen, einen seltenen Blick auf einen jupitergroßen, sich noch bildenden Planeten zu erhaschen, der sich von Material ernährt, das einen jungen Stern umgibt. Sie berichten davon im Astronomical Journal.

„Wir wissen einfach nicht sehr viel darüber, wie Riesenplaneten wachsen“, sagt Brendan Bowler von der University of Texas in Austin. „Dieses Planetensystem gibt uns die erste Gelegenheit, zu beobachten, wie Material auf einen Planeten fällt. Unsere Ergebnisse erschließen ein neues Gebiet für diese Forschung.“

Der riesige Exoplanet mit der Bezeichnung PDS 70b umkreist den orangefarbenen Zwergstern PDS 70, von dem bereits bekannt ist, dass er zwei sich bildende Planeten innerhalb einer riesigen Scheibe aus Staub und Gas besitzt. Das System befindet sich 370 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Centaurus.

„Dieses System ist so aufregend, weil wir die Entstehung eines Planeten beobachten können“, sagt Yifan Zhou, ebenfalls von der University of Texas in Austin. „Dies ist der jüngste Planet, den Hubble jemals direkt abgebildet hat.“

Mit seinen jugendlichen fünf Millionen Jahren ist der Planet noch dabei, Material zu sammeln und Masse zu bilden. Die Empfindlichkeit von Hubble für ultraviolettes Licht (UV) bietet einen einzigartigen Blick auf die Strahlung von extrem heißem Gas, das auf den Planeten fällt.

„Mit den Beobachtungen von Hubble konnten wir abschätzen, wie schnell der Planet an Masse gewinnt“, fügte Zhou hinzu.

Die UV-Beobachtungen, die den Bestand an Forschungsergebnissen über diesen Planeten ergänzen, ermöglichten es dem Team, die Massenzuwachsrate des Planeten zum ersten Mal direkt zu messen. Die abgelegene Welt hat sich in einem Zeitraum von etwa fünf Millionen Jahren bereits auf das Fünffache der Masse des Jupiters vergrößert. Inzwischen ist die Akkretionsrate jedoch so weit geschrumpft, dass der Planet bei gleichbleibender Rate in einer weiteren Million Jahre nur noch um etwa ein Hundertstel einer Jupitermasse zunehmen wird.

Zhou und Bowler betonen allerdings, dass es sich bei diesen Beobachtungen um eine Momentaufnahme handelt. Es werden noch weitere Daten benötigt, um mit Sicherheit festzustellen, ob die Geschwindigkeit zunimmt oder abnimmt, mit der der Planet Masse gewinnt. „Unsere Messungen legen nahe, dass sich der Planet am Ende seines Entstehungsprozesses befindet.“

Das jugendliche System PDS 70 ist mit einer primordialen Gas- und Staubscheibe gefüllt, die den Treibstoff für das Wachstum der Planeten im gesamten System liefert. Der Planet PDS 70b ist von einer eigenen Gas- und Staubscheibe umgeben, die Material aus der weitaus größeren zirkumstellaren Scheibe absaugt. Die Forscher vermuten, dass sich Magnetfeldlinien von der zirkumstellaren Scheibe bis in die Atmosphäre des Exoplaneten erstrecken und Material auf die Oberfläche des Planeten leiten.

Eine besondere Herausforderung für das Team bestand darin, den hellen Mutterstern auszublenden. PDS 70b umkreist den Planeten in etwa der gleichen Entfernung wie Uranus die Sonne. Aber sein Stern ist bei UV-Wellenlängen mehr als 3.000 Mal heller als der Planet.

Das Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte hat im Jahr 2018 das erste klare Bild des sich bildenden Planeten PDS 70b aufgenommen. Der Planet hebt sich als heller Punkt rechts von der Bildmitte ab, die durch die Koronagraphenmaske, die das Licht des Zentralsterns blockiert, geschwärzt ist. (Bild: ESO, VLT, André B. Müller (ESO))
Ein Koronagraph an der Hubble-Kamera blendet das grelle Licht des Zentralsterns aus, so dass der Planet direkt beobachtet werden kann. Obwohl bisher über 4.000 Exoplaneten katalogisiert wurden, konnten bisher nur etwa 15 direkt von Teleskopen abgebildet werden. (Bild: Joseph DePasquale (STScI))
Diese Illustration des Exoplaneten PDS 70b zeigt, wie Material auf die Riesenwelt fallen könnte, während sie Masse aufbaut. (Bild: NASA, ESA, STScI, Joseph Olmsted (STScI))

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BrandonQMorris
  • BrandonQMorris
  • Brandon Q. Morris, 54, ist Physiker und beschäftigt sich beruflich und privat schon lange mit den spannenden Phänomenen des Alls. So ist er für den redaktionellen Teil eines Weltraum-Magazins verantwortlich und hat mehrere populärwissenschaftliche Bücher über Weltraum-Themen geschrieben. Er wäre gern Astronaut geworden, musste aber aus verschiedenen Gründen auf der Erde bleiben. Ihn fasziniert besonders das „was wäre, wenn“. Sein Ehrgeiz ist es deshalb, spannende Science-Fiction-Geschichten zu erzählen, die genau so passieren könnten – und vielleicht auch irgendwann Realität werden.