Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Turbulente Geburt in der Urwolke

30.08.2007
Max-Planck-Forscher erklären in einer neuen Simulation, wie Planeten aus Gas und Staub entstehen

Planeten werden aus kosmischen Gas- und Staubwolken geboren. Darin bilden sich im Lauf der Zeit kleine Materiebrocken, die dann zu Bausteinen von der Größe eines winzigen Asteroiden verklumpen. Ein internationales Team - darunter Forscher aus dem Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg - hat simuliert, wie diese Asteroiden zu Planeten heranwachsen. Eine Rolle dabei spielen turbulente Strömungen. (Nature, 30. August 2007)



Geburt in der Urwolke: Der Ausschnitt der zirkumstellaren Scheibe zeigt, dass sich an der hellen Stelle so viel Materie ansammelt, dass ein lokaler Kollaps einsetzt. Diese Verdichtung bleibt in der turbulenten Strömung stabil und fängt mit der Zeit immer mehr Materie aus der Scheibe ein. Schließlich bildet sich ein Miniplanet, der später mit vielen anderen zusammenstößt und einen großen Planeten bildet. Bild: Max-Planck-Institut für Astronomie

Selbst unser riesiges Sonnensystem hat mal klein angefangen. In seiner Geburtsstunde entstand im Zentrum einer Wolke aus Gas und Staub ein Stern - die Sonne. Sie nahm die meiste Materie der Wolke in sich auf. Die restlichen Staubteilchen rotierten in einer platten Schicht, der so genannten zirkumstellaren Scheibe, um sie herum. Diese Staubpartikel, so die Theorie, stießen aneinander und verklumpten immer mehr, bis sie einige Meter groß waren.

Die Brocken waren jetzt aber zu groß, um aneinander zu haften und zerstörten sich beim Aufprall selbst. Zerstückelt, abgelenkt und durch das Gas abgebremst, trudelten sie dann spiralförmig umher. Innerhalb weniger Jahrhunderte stürzten sie schließlich in die Sonne. An dieser Stelle endete bisher die Beschreibung - sehr zum Leidwesen der Astronomen. Denn das Szenario beschreibt eine Fehlgeburt, weil die metergroßen Brocken instabil sind und von der Bildfläche verschwinden.

... mehr zu:
»Asteroid »Planet »Sonnensystem

Die Theorie endete in der Sackgasse

Max-Planck-Forscher und Astronomen aus den USA und Kanada haben nun in einer Simulation berechnet, wie ein junges Sonnensystem trotzdem erfolgreich auf die Welt kommt. "Wir helfen damit der Theorie der Planetenentstehung aus der wissenschaftlichen Sackgasse", sagt Thomas Henning, der die Gruppe leitete: "Denn erst, wenn sehr große Brocken - Planetesimale -, die viele Kilometer durchmessen, zusammenwachsen, funktioniert die alte Theorie wieder." Die Zeitspanne zwischen Brocken und ganzen Planetenkernen war bisher unbekannt. Die acht Planeten unseres Systems und die vielen Planeten anderer Sterne zeigen aber, dass bisher unbekannte Effekte auch die metergroßen Brocken zusammenfügen müssen. Nur so entrinnen sie dem Tod im Sonnenfeuer und dienen als Baumaterial für größere Körper.

Turbulenzen verdichten die Brocken

Um dieses Rätsel zu lösen, haben die Heidelberger Wissenschaftler und ihre Kollegen erstmals die physikalischen Prozesse am Computer simuliert. Dabei haben sie alle auftretenden Kräfte eingerechnet und berücksichtigt, wie Staub und Gasteilchen wechselwirken. So konnten sie in der Simulation dreidimensional verfolgen, wie das Sonnensystem langsam anwächst.

Nach diesem Prinzip fanden die Forscher heraus, dass Magnetfelder durch die Gasscheibe strömen, bevor diese anfängt zu kollabieren und sich Brocken bilden. Der Kollaps verstärkt diese Felder dann zusätzlich, wodurch in der Scheibe Turbulenzen entstehen, die den Gasdruck erhöhen. Während sich dann einzelne Brocken aus fester Materie in einer Ebene sammeln - der zirkumstellaren Scheibe -, drückt das Gas an einigen Stellen auf diesen Materiestrom und verlangsamt ihn. Der Gasdruck verklumpt dadurch die Brockenschicht und staucht sie gleichzeitig zusammen. Der Effekt ähnelt einer Spurverengung auf der Autobahn, durch die sich die Fahrzeuge stauen.

Bei der Größe eines Asteroiden ist das Gröbste überstanden

Bei solch großen Brocken beginnt die Gravitation alle anderen Effekte zu dominieren: Hat sich einmal ein kompakter Brocken in der turbulenten Strömung gebildet, bleibt er stabil. Wenn seine Größe etwa die eines Asteroiden oder Miniplaneten erreicht, kann ihn das Gas nicht länger abbremsen. Die Gefahr, dass der Brocken in den Stern abstürzt, ist also gebannt. "Dieser Wachstumsprozess arbeitet erstaunlich effektiv", sagt Hubert Klahr vom Heidelberger Max-Planck-Institut für Astronomie: "Er ist bereits nach etwa hundert Jahren abgeschlossen."

Nun steht dem Wachstum bis auf normale Planetengröße nichts mehr im Weg. Diese Planetesimale kollabieren weiter und formen immer festere Körper. Mehrere Millionen von ihnen kreisen dann in der Scheibe. Einige davon vergrößern sich zu Babyplaneten und üben dann eine so große Gravitationskraft aus, dass Gas, Staub und kleinere Brocken um sie herum immer schneller auf sie einstürzen. Dadurch wachsen sie zu echten Planeten heran. Sie verschlucken restliche Brocken Stück um Stück, und die Scheibe wird fast komplett leergefegt. Das Sonnensystem sieht dann so aus, wie wir es heute beobachten können: Ein Stern und mehrere Planeten. Einzelne Alleingänger überleben diesen Kannibalismus in der zirkumstellaren Scheibe und kreisen als Kometen und Asteroiden durch das Sonnensystem. So lautet zumindest die Theorie in der neuen Simulation. Ob sich die Natur tatsächlich an dieses Drehbuch hält, müssen zukünftige Beobachtungen von fernen Sonnensystemen während ihrer Geburt zeigen.

[STR/JS]

Originalveröffentlichung:

Anders Johansen, Jeffrey S. Oishi, Mordecai-Mark Mac Low, Hubert Klahr, Thomas Henning, Andrew Youdin
Rapid planetesimal formation in turbulent circumstellar discs
Nature, 30. August 2007

Dr. Bernd Wirsing | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Asteroid Planet Sonnensystem

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Quantenmechanik ist komplex genug – vorerst …
21.04.2017 | Universität Wien

nachricht Tief im Inneren von M87
20.04.2017 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Im Focus: Tief im Inneren von M87

Die Galaxie M87 enthält ein supermassereiches Schwarzes Loch von sechs Milliarden Sonnenmassen im Zentrum. Ihr leuchtkräftiger Jet dominiert das beobachtete Spektrum über einen Frequenzbereich von 10 Größenordnungen. Aufgrund ihrer Nähe, des ausgeprägten Jets und des sehr massereichen Schwarzen Lochs stellt M87 ein ideales Laboratorium dar, um die Entstehung, Beschleunigung und Bündelung der Materie in relativistischen Jets zu erforschen. Ein Forscherteam unter der Leitung von Silke Britzen vom MPIfR Bonn liefert Hinweise für die Verbindung von Akkretionsscheibe und Jet von M87 durch turbulente Prozesse und damit neue Erkenntnisse für das Problem des Ursprungs von astrophysikalischen Jets.

Supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind eines der rätselhaftesten Phänomene in der modernen Astrophysik. Ihr gewaltiger...

Im Focus: Deep inside Galaxy M87

The nearby, giant radio galaxy M87 hosts a supermassive black hole (BH) and is well-known for its bright jet dominating the spectrum over ten orders of magnitude in frequency. Due to its proximity, jet prominence, and the large black hole mass, M87 is the best laboratory for investigating the formation, acceleration, and collimation of relativistic jets. A research team led by Silke Britzen from the Max Planck Institute for Radio Astronomy in Bonn, Germany, has found strong indication for turbulent processes connecting the accretion disk and the jet of that galaxy providing insights into the longstanding problem of the origin of astrophysical jets.

Supermassive black holes form some of the most enigmatic phenomena in astrophysics. Their enormous energy output is supposed to be generated by the...

Im Focus: Neu entdeckter Exoplanet könnte bester Kandidat für die Suche nach Leben sein

Supererde in bewohnbarer Zone um aktivitätsschwachen roten Zwergstern gefunden

Ein Exoplanet, der 40 Lichtjahre von der Erde entfernt einen roten Zwergstern umkreist, könnte in naher Zukunft der beste Ort sein, um außerhalb des...

Im Focus: Resistiver Schaltmechanismus aufgeklärt

Sie erlauben energiesparendes Schalten innerhalb von Nanosekunden, und die gespeicherten Informationen bleiben auf Dauer erhalten: ReRAM-Speicher gelten als Hoffnungsträger für die Datenspeicher der Zukunft.

Wie ReRAM-Zellen genau funktionieren, ist jedoch bisher nicht vollständig verstanden. Insbesondere die Details der ablaufenden chemischen Reaktionen geben den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

Baukultur: Mehr Qualität durch Gestaltungsbeiräte

21.04.2017 | Veranstaltungen

Licht - ein Werkzeug für die Laborbranche

20.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Intelligenter Werkstattwagen unterstützt Mensch in der Produktion

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Forschungszentrum Jülich auf der Hannover Messe 2017

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten