Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein Blick hinter den Kulissen bei der Entstehung protostellarer Scheiben

13.07.2016

Lange Zeit widersetzte sich die Entstehung von protostellaren Scheiben - eine Voraussetzung für das Entstehen von Planetensystemen um junge Sterne – den theoretischen Astrophysikern: In einer dichten, kollabierenden Wolke aus Gas und Staub würde auch das Magnetfeld mit ins Zentrum gezogen werden und dort seine Bremswirkung entfalten. Eine rotationsgestützte Scheibe kann kaum auf diese Art und Weise entstehen - es sei denn, die winzigen Staubkörner werden aus der Wolke entfernt, indem sie sich zu größeren Körnern zusammenklumpen. Dies ist das Ergebnis einer neuen Studie von Forschern des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik und anderen Intuitionen. Die realistischere Simulationen berücksichtigen nun auch nicht-ideale Magneto-Hydrodynamik sowie Ionisierungschemie, um eine rotationsgestützte protostellare Scheibe zu bilden.

Obwohl rotationsgestützte Scheiben um junge Sterne häufig beobachtet werden, war es für theoretische Studien bisher schwer, derartige Scheiben nachzubilden. Das Hauptproblem ist dabei das Magnetfeld der interstellaren Materie, das zur so genannten "magnetischen Bremskatastrophe" führt und zwar schon für mittlere Magnetfeldstärken.


Dieses Bild zeigt die protoplanetare Scheibe um den jungen Stern HL Tauri mit Substrukturen innerhalb der Scheibe, die noch nie zuvor gesehen wurden. Diese zeigen selbst die mögliche Position von Planeten, die sich in den dunklen Stellen des Systems bilden.

Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)


Dieses Bild der Dunkelwolke Barnard 68 ist zusammengesetzt aus Aufnahmen im sichtbaren Licht und im nahen Infrarot. In diesem Wellenlängenbereich ist die kleine Wolke komplett undurchsichtig, da die Staubteilchen in ihrem Inneren das Licht weiter entfernt liegender Sterne verdunkeln.

Credit: ESO


Der Kollaps einer rotierenden molekularen Wolke führt zur Entstehung einer großen, rotationsgestützten Scheibe, wenn die kleinsten Teilchen entfernt wurden (b). In Anwesenheit dieser winzigen Teilchen verhindert die magnetische Bremswirkung die Bildung einer derartigen Scheibe (a). © MPE


Die Darstellung links zeigt die Dichteverteilung in einer kollabierenden Gaswolke für die Standardverteilung der Korngrößen. Auch wenn sich eine Konzentration in der Mitte bildet, besitzt die Scheibe nicht ausreichend Rotationsunterstützung um Sterne und Planeten zu bilden. Rechts ist die Dichteverteilung dargestellt, wenn die kleinsten Staubkörner entfernt wurden. In diesem Fall führt der Zufluss von Drehmoment zu einer viel größeren, rotationsgestützten Scheibe. © MPE

Bei Modellen mit idealer Magnetohydrodynamik (MHD) wird das Gas in das Magnetfeld "eingefroren" und die Feldlinien werden durch das kollabierende Gas in Richtung Mitte gezogen, so dass das Magnetfeld die Form einer Sanduhr erhält. Die stark zusammengepressten Feldlinien verbinden Materialien aus der unmittelbaren Nähe des Sterns mit Material viel weiter außen und übertragen Drehimpuls vom Zentrum weg.

Selbst in nicht-idealen MHD-Modellen, bei denen neutrale Materie relativ zum Magnetfeld wandern kann, bleibt die Entstehung von rotationsgestützten Scheiben schwierig, wenn Standard-Chemie zur Beschreibung der Ionisierung bei der Berechnung der nicht-idealen MHD-Effekte verwendet wird.

"Das Problem sind winzige Staubkörner; wenn sie nicht da sind, erhalten wir eine rotationsgestützte Scheibe", sagt Bo Zhao, Hauptautor der Studie, die jetzt in MNRAS veröffentlicht wurde.

"Diese winzigen Körner, die leicht durch die Absorption von Ionen und Elektronen elektrisch aufgeladen werden können, koppeln effektiv sowohl mit dem Magnetfeld als auch in Kollisionen mit den umgebenden Molekülen. Anders gesagt: auch die neutrale Materie ist aufgrund dieser winzigen Körner noch relativ gut mit dem Magnetfeld gekoppelt. Wenn wir diese nun aber entfernen, so koppeln die größeren Körner nicht so effektiv, so dass sich die neutrale Materie der Wolke viel schneller durch die Magnetfeldlinien schleichen kann und schließlich eine Scheibe bildet, die ausreichend Rotationsunterstützung besitzt. "

Interstellare Molekülwolken bestehen aus Gas und Staubkörnern mit einer "Standardverteilung" der Korngrößen, die auch eine große Menge an Körnchen in Nanometer-Größe enthält. Eine derartige Größenverteilung muss aber nicht unbedingt den dichteren Bereich der molekularen Wolke korrekt wiedergeben.

In kalten und dichten Molekülwolken können sich die winzigen Körner mit Nanometer-Größe wie große Moleküle verhalten und auf der Oberfläche von größeren Staubteilchen einfrieren. Eine weitere Unterstützung für diese Idee kommt von Beobachtungen bei Zentimeter-Wellenlängen, die versuchen Strahlung von rotierenden Staubkörnern nachzuweisen; auch sie zeigen, dass kleine Körner mit einer Größe unter wenigen Nanometern in dichten Molekülwolken fehlen.

"Wenn die Körner meist größer als 0,1 Mikrometer sind, können die rotationsgestützten Scheiben massereich genug werden, um selbst-gravitierend zu sein und Ringe zu bilden", sagt Zhao. "Eine solche Struktur in 3D könnte leicht in mehrere Sternsysteme fragmentieren, was auch die hohe Vielzahl der Sterne in unserer Milchstraße erklären könnte."

"Es ist sehr überraschend, dass die Entfernung der kleinen Staubkörnchen, die"magnetische Bremskatastrophe" bei der Scheibenbildung verhindern kann", sagt Paola Caselli, Co-Autorin der Studie. "Dies ist ein Durchbruch in unserem Verständnis, wie sich protoplanetare Scheiben bilden. Zugleich zeigt es, dass die Chemie und Mikrophysik für die grundlegenden Prozesse im Bereich der Stern- und Planetenentstehung von entscheidender Bedeutung sind."

Kontakt:

Zhao, Bo
Postdoc
Telefon: +49 (0)89 30000-3348
E-Mail: bz6g@mpe.mpg.de
 
Caselli, Paola
Direktor/in
Telefon: +49 (0)89 30000-3400
E-Mail: caselli@mpe.mpg.de
 
Hämmerle, Hannelore
Pressesprecher/in
Telefon: +49 (0)89 30000-3980
E-Mail: pr@mpe.mpg.de
 
Originalveröffentlichung

1.Bo Zhao, Paola Caselli, Zhi-Yun Li, Ruben Krasnopolsky, Hsien Shang, Fumitaka Nakamura

Protostellar Disk Formation Enabled by Removal of Small Dust Grains

Quelle

Hämmerle, Hannelore | Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching
Weitere Informationen:
http://www.mpe.mpg.de/6607730/news-20160711

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor
23.02.2017 | Universität Bayreuth

nachricht Kühler Zwerg und die sieben Planeten
23.02.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

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: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie