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Auch Sonnensysteme fangen mal klein an. Ganz am Anfang ist da eine Staub- und Gasscheibe um den jungen Stern (gerne auch mehrere). Diese wird zirkumstellare Scheibe (astronomisch) oder protoplaneteare Scheibe (kosmochemisch) genannt. Diese Phase dauert so in etwa bis 10 Millionen Jahre. Diese Phase kann wohl als Kindheit eines Sonnensystems bezeichnet werden.

Darauf folgt dann, nach einer etwas schwammig definierten Übergangsphase (Transitional Disk) die Trümmerscheibe (Debris Disk). Ähnlich den Irrungen und Wirrungen der Pubertär geht es in dieser Phase auch in einem Sonnensystem recht ruppig zu.

Bevor die Analogie endgültig kläglich kollabiert, zurück zur Astronomie. Beta Pictoris, von Freunden auch zärtlich Beta Pic genannt, ist genau in dieser pubertären Phase. Und da das System recht nahe ist (knappe 63 Lichtjahre von uns weg), sich nicht in einer großen, staubigen Molekülwolke befindet, sind gute Beobachtungen möglich.

Beta Pictoris spielt historisch eine wichtige Rolle, er (sie ?) ist einer der ersten Sterne, um die man den Staub nachweisen konnte.

Aber wieso ist das für einen laborbehafteten Steineklopfer wie mich von Interesse? Weil die Beobachtung solcher junger Sonnensysteme es erlaubt, unser forensisches Wissen aus der Meteoritenforschung mit aktuellen Vorgängen zu verbinden.

Die Zusammensetzung des Staubes könnte es erlauben, Vergleiche mit den frühen Tagen unseres Sonnensystems zu ziehe. Es gibt in der Tat einige solchen Studien. Zum Beispiel im Infrarot, das Spektren in dem Wellenlängenbereich eine direkten Vergleich mit Labordaten von planetaren Materialien wie Meteoriten erlauben.

Von Beta Pic gibt es in der Tat einige sehr gute Infrarotspektren. Es gehört sogar zu den wenigen Systemen, bei denen es gelungen ist, von einzelnen Bereichen eines Systems Infrarotspektren aufzunehmen. Das bedeutet, dass man direkt das innere System beobachten kann, wo wahrscheinlich ähnlich unserem Sonnensystem damals, sich terrestrische Planeten bilden. Und da dieser Prozess (Akkretion) sehr gewaltsam ist – kleinere Körper (Planetesimale) kollidieren miteinander und bilden einen Größeren – entsteht jede Menge überschüssiger Staub. Und der ist gerade in Beta Pic sehr gut zu beobachten.

Das ist eine Gelegenheit, die Früchte meiner eigenen Arbeit zu erwähnen. Infrarotspektroskopie von Meteoriten ist schließlich ein Teil meines Broterwerbs. Die Spektren vom inneren System sehen durchaus kohligen Chondriten ähnlich, die durch Kollisionen ordentlich zerlegt wurden. Würde also prima passen.

Seltsamerweise zeigt ein weiteres Spektrum (dieses mal vom Weltraumteleskop Spitzer) ein etwas anderes Spektrum, hier allerdings für das ganze System. Das kann bedeuten, das halt noch viel mehr anderes Zeug herumschwirrt (gut möglich) oder dass sich in der Zwischenzeit etwas in der Scheibe getan hat. Und das ist sehr gut möglich.

Eine weitere Beobachtung hat nämlich Anzeichen für eine spektakuläre Kollision in dem System festgestellt. Die Staubscheibe von Beta Pictoris liegt senkrecht zu uns, das heißt wir sehen nur die Kante. Die Scheibe sowie die Dichte des Staubes ist nicht symmetrisch, was bereits darauf hindeutet, dass einiges abgeht – wie Planetenbildung, die die Verteilung des Staubes durch die Schwerkraft oder Schockwellen beeinflusst.
Eine weitere Infrarotstudie hat nun auch Unterschiede in der Staubdichte auf beiden Seiten festgestellt. Wenn es ein Planetesimal zerlegt, so sollten sich der Staub und die Trümmer generell recht zügig in einem Ring um den Stern verteilen. Nun gibt es aber ein Gebiet (‚Klumpen‘) sehr hoher Staubdichte in 52 AU (Astronomical Units) Entfernung im einen Flügel ohne Gegenstück auf der anderen Seite. Eine Erklärung ist, dass es sich hier um eine erst kürzlich stattgefundene Kollision von schon recht großen Körpern (Planetesimalen), vielleicht sogar ähnlich der Mond-Entstehung bei uns handelt. Und die kann erst vor vor wenigen Jahrzehnten stattgefunden haben, da der Staub noch nicht Gelegenheit hatte, einmal den Stern zu umrunden. Also ein planetarer Kataklysmus um die Ecke, fast in Echtzeit.

Die Staubscheibe um Beta Pictoris. Man beachte die unterschiedliche Dichteverteilung des Staubes auf den beiden Seiten. ESO/A.-M. Lagrange et al.

Die Staubscheibe um Beta Pictoris. Man beachte die unterschiedliche Dichteverteilung des Staubes auf den beiden Seiten.
ESO/A.-M. Lagrange et al.

Und jetzt gelang es, zum ersten Male direkt einen Planeten in einem solchen jungen System direkt abzubilden.Wir wissen natürlich nicht, ob der beobachtete Planet direkt etwas mit den beobachteten Infrarotspektren zu tun hat – es ist ein Gasplanet. Aber die neuen Aufnahmen runden das Bild dieses nahen Sonnensystems ab (und man versucht sich schon an der Spektroskopie der Atmosphäre), und bestätigen zumindest grundlegend, dass wir dort tatsächlich die Zusammensetzung anderer planetarer Körper beobachten.

8 Kommentare zu “Wenn Sonnensysteme in die Pubertät kommen: Von Staub- und Trümmerscheiben

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