Gesundheit : Geburtsprobleme im Weltall

Planeten entstehen aus Staubwolken. Bei Doppelsternen dauert dies überraschend lange

Frank Schubert

Keine Regel ohne Ausnahme. Jetzt zeigte sich, dass dieses Motto auch im Weltraum gilt. So gingen Astrophysiker bislang davon aus, dass in der Umgebung neugeborener Sterne relativ schnell Planeten entstehen – im Lauf weniger Jahrmillionen nämlich. Nun haben Lee Hartmann und Nuria Calvet, Astronomen am amerikanischen Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), eine Ausnahme gefunden – einen Doppelstern, der von einer 25 Millionen Jahre alten Staubwolke umgeben ist. „Das ist, als würde man einen 200-jährigen Menschen treffen“, sagt Hartmann.

Wenn Sterne geboren werden, sind sie von scheibenförmigen Gas- und Staubwolken umgeben, die mit großer Geschwindigkeit um den Stern rotieren. Daraus gehen im Lauf der Zeit Planeten hervor. Daher werden sie auch als „protoplanetare Staubscheiben“ bezeichnet.

Die Staubteilchen in den Scheiben sind anfangs wie feiner Zigarettenrauch verteilt. Nach und nach lagern sie sich jedoch zu immer größeren Gebilden zusammen. Zunächst verklumpen einzelne Teile zu winzigen Flusen, die zu größeren Brocken verschmelzen und sich zu größeren Objekten zusammenlagern. Schließlich entstehen Planeten.

Viele Details der Planetenentwicklung sind bis heute noch nicht richtig zu erklären. Was passiert zum Beispiel, nachdem sich die Staubteilchen zu Brocken zusammengelagert haben? Müssten diese nicht wieder in ihre Einzelteile zerbersten, sobald sie in der rotierenden Staubscheibe aufeinander prallen? Schließlich kreisen sie als Miniplaneten bereits mit großer Geschwindigkeit um ihre Sterne.

Mathematische Simulationen der Planetenentstehung kommen tatsächlich über eine gewisse Brockengröße nicht hinaus. Derzeit werden verschiedene Hypothesen diskutiert, wie es das Material in der Staubscheibe trotzdem schafft, sich zu Planeten zu verdichten. Wie Modellrechnungen zeigten, spielen wohl Verwirbelungen eine wichtige Rolle. Während die Gas- und Staubscheibe um den Zentralstern rotiert, bilden sich gelegentlich Spiralarme aus, in denen das Material stärker zusammengepresst wird als anderswo. Diese Verdichtungen wirken offenbar wie Kondensationskeime, an denen sich anschließend immer mehr Material anlagert.

Viele Indizien sprachen bisher dafür, dass die protoplanetaren Staubscheiben um junge Sterne innerhalb weniger Jahrmillionen wieder verschwinden – hauptsächlich, indem sie sich zu Planeten verdichten. Die ältesten Scheiben, die man bis vor kurzem fand, waren um die zehn Millionen Jahre alt. Nun wird eine protoplanetare Staubscheibe präsentiert, die gleich 25 Millionen Jahre auf dem Buckel haben soll. Das wirft die Frage auf, wie sie so lange überdauern konnte.

Die Antwort könnte in der Tatsache liegen, dass die fragliche Scheibe einen Doppelstern umgibt. Es handelt sich um zwei Sterne, die im Stephenson-34-System, im Sternbild Stier umeinander kreisen – 350 Lichtjahre von der Erde entfernt.

Nun könnte es sein, dass die Schwerkraftwirkungen der beiden Zentralsterne sich so überlagern, dass die Planetenentstehung ständig gestört wird. Nach Ansicht der meisten Astrophysiker ist die Entwicklung von Planeten in der Umgebung von Doppel- oder Mehrfachsternen nämlich erschwert. Der Grund liegt darin, dass sich Gravitationswirkungen der beteiligten Sterne bei ihren Umkreisungen nach außen permanent ändern. Dieses Wechselspiel kann die Verdichtungsprozesse in der Staubscheibe unterbrechen beziehungsweise die Bahnen von entstehenden Planeten destabilisieren.

Andererseits wurden in den letzten Jahren mehrere Planeten außerhalb unseres Sonnensystems gefunden, die um Doppelsterne kreisen. Unlängst gelang es dem Astronomen Maciej Konacki vom California Institute of Technology sogar, einen Planeten in einem Dreifach-Sternsystem nachzuweisen.

Solche Befunde, die bis dahin kaum für möglich gehalten wurden, zeigen immer wieder, dass im Verständnis der Planetenentwicklung noch große Lücken klaffen. Zu dieser Unsicherheit passt auch, dass Hartmann und Calvet unterschiedliche Vermutungen äußern, wie sich die Staubscheibe im Stephenson-34-System künftig entwickeln könnte.

„Wahrscheinlich wird sie sich niemals zu Planeten ausformen, dafür ist zu viel Zeit verstrichen“, meint Hartmann. Calvet widerspricht. Sie glaubt, dass sich am Doppelstern noch Riesenplaneten bilden könnten. Schließlich sei neben Staub noch genügend Gas vorhanden. Die beiden Forscher, die ihre Ergebnisse demnächst im Fachblatt „The Astrophysical Journal Letters“ veröffentlichen, wollen künftig nach noch älteren protoplanetaren Staubscheiben suchen, um zu verstehen, warum manche so viel länger bestehen als andere.

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