Astronomen haben die bisher klarsten Bilder von 24 Trümmerscheiben aufgenommen, die entfernte Sterne umkreisen, und liefern wichtige Einblicke in die chaotische Übergangsphase zwischen der Planetenentstehung und ausgereiften exoplanetaren Systemen. Diese Scheiben sind Überreste von Staub und Planetesimalen, die nach der Planetenbildung übrig bleiben, im Wesentlichen die extrasolaren Äquivalente unseres eigenen Asteroiden- und Kuipergürtels.
Das fehlende Glied in der Planetenentwicklung
Seit Jahren untersuchen Wissenschaftler sowohl die frühen Stadien der Planetenentstehung (protoplanetare Scheiben) als auch voll entwickelte exoplanetare Systeme. Trümmerscheiben füllen eine kritische Lücke: die „Teenagerjahre“ eines Sonnensystems, in denen sich Planeten in stabile Umlaufbahnen einpendeln, Kollisionen immer noch häufig sind und die Gesamtstruktur durch Gravitationskräfte geformt wird.
Trümmerscheiben sind lichtschwach und deshalb schwer zu beobachten. Mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) überwand ein Team unter der Leitung von Meredith Hughes von der Wesleyan University diese Herausforderungen und produzierte im Rahmen der ALMA-Durchmusterung zur Auflösung von exoKuipergürtel-Substrukturen (ARKS) hochauflösende Bilder.
Unterschiedliche Strukturen offenbaren dynamische Geschichten
Die Beobachtungen zeigen eine bemerkenswerte Vielfalt zwischen diesen Scheiben. Es handelt sich nicht nur um einfache Ringe, wie man sie manchmal um jüngere Sterne sieht. Stattdessen zeigen viele:
- Mehrere Ringe und Lücken, was auf die Anwesenheit von Planeten schließen lässt, die die Scheibe im Laufe der Zeit geformt haben.
- Halo-ähnliche Strukturen, möglicherweise verursacht durch verbleibendes Gas oder Gravitationswechselwirkungen.
- Asymmetrische Formen, die auf anhaltende Kollisionen oder den Einfluss unsichtbarer Planeten hinweisen.
Etwa ein Drittel der Scheiben weist deutliche Unterstrukturen auf, was bedeutet, dass die Scheiben nicht glatt sind, sondern Überreste früherer Phasen der Planetenbildung enthalten. Einige Scheiben erscheinen ruhig und ausgebreitet, während andere chaotisch und aufgebläht sind und die Mischung aus stabilen und verstreuten Objekten in unserem eigenen Sonnensystem widerspiegeln.
Gasretention und laufende Entwicklung
Bemerkenswert ist, dass mehrere Scheiben Gas viel länger als erwartet zurückhalten, eine Entdeckung, die sich auf die Chemie aller Planeten auswirken könnte, die sich noch in ihnen bilden. Das Team stellte außerdem fest, dass viele Scheiben schief sind, was auf Gravitationsstöße von verborgenen Planeten oder Narben vergangener Planetenwanderungen hindeutet.
„Diese Scheiben zeichnen eine Zeit auf, in der die Umlaufbahnen der Planeten durcheinander geraten und gewaltige Einschläge … junge Sonnensysteme formten“, sagte Luca Matrà, Astronom am Trinity College Dublin. Die ARKS-Durchmusterung bietet einen neuen Goldstandard für die Untersuchung von Trümmerscheiben und ermöglicht es Wissenschaftlern zu entschlüsseln, ob die Geschichte unseres Sonnensystems allgemein oder einzigartig war.
Diese Forschung unterstreicht die gewalttätige und dynamische Natur der Entwicklung des Planetensystems. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Geschichte des Sonnensystems möglicherweise kein Ausreißer, sondern eher ein typisches Ergebnis der komplexen Prozesse ist, die der Planetenentstehung folgen.
Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.
