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Planetenentstehung live?

24.02.2011
Ein internationales Team von Astronomen hat mit dem Very Large Telescope der ESO die kurzlebige Materiescheibe um einen jungen Stern untersucht, in der gerade ein Planetensystem entsteht. Erstmals konnte dabei ein Begleiter nachgewiesen werden, der für eine große Lücke in der Scheibe verantwortlich sein dürfte. Weitere Beobachtungen müssen zeigen, ob es sich bei dem Begleiter um einen Planeten oder um einen Braunen Zwerg handelt.

Planeten bilden sich in Staubscheiben um junge Sterne, die ein Überrest der Sternentstehung sind. Die Entwicklung von einer solchen Scheibe zu einem ausgewachsenen Planetensystem geht allerdings vergleichsweise schnell vonstatten, so dass man nur sehr wenige Objekte in dieser Entwicklungsphase kennt [1].


Künstlerische Darstellung der Scheibe um den jungen Stern T Cha. Abbildung: ESO/L. Calçada

Eines davon ist T Chamaeleontis (abgekürzt T Cha), ein lichtschwacher Stern in dem kleinen Sternbild Chamaeleon am Südhimmel, 330 Lichtjahre von der Erde entfernt. T Cha ist ein sonnenähnlicher Stern, der gerade erst am Anfang seines Lebens steht [2]: er ist nur etwa 7 Millionen Jahre alt (zum Vergleich: die Sonne ist etwa 4,7 Milliarden Jahre alt). Bis jetzt hat man in solchen “protoplanetaren Scheiben” um jungen Sterne keine gerade in Entstehung befindlichen Planeten beobachten können. In weiter entwickelten Scheiben war dies dagegen bereits gelungen (eso0842, heic0821).

“Frühere Studien zeigen, dass T Cha ein lohnendes Ziel sein könnte, wenn man untersuchen will, wie Planetensysteme entstehen”, merkt Johan Olofsson vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg an. Er ist einer der Erstautoren von zwei Fachartikeln in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics, die die neuen Ergebnisse beschreiben. “Allerdings ist T Cha relativ weit von uns entfernt. Daher brauchten wir leistungsstarke Instrumente wie das Very Large Telescope Interferometer (VLTI), um die Details auflösen und nachweisen zu können, was in der Staubscheibe vor sich geht.”

Die Astronomen beobachteten T Cha zuerst mit dem Instrument AMBER am VLT Interferometer (VLTI) [3]. Dabei fanden sie heraus, dass ein Teil des Scheibenmaterials einen dünnen Staubring in einem Abstand von nur 20 Millionen Kilometern vom Stern gebildet hat. Hinter diesem inneren Teil der Scheibe entdeckten sie einen Bereich, der frei von Staub ist. Der äußere Teil der Scheibe beginnt bei einem Abstand von etwa 1,1 Milliarden Kilometern vom Stern.

Nuria Huélamo vom spanischen Centro de Astrobiología und von ESAC, die Erstautorin der zweiten Veröffentlichung, berichtet, wie es weiterging: “Die Lücke in der Staubscheibe um T Cha war für uns ein eindeutiger Hinweis. Offenbar hatten wir erstmals direkt beobachtet, wie ein Begleiter des Sterns sich in der protoplanetaren Scheibe eine Schneise gräbt.”

Einen schwachen Begleiter zu beobachten, der so nahe an einem viel helleren Stern steht, ist eine große Herausforderung. Um dieses Ziel zu erreichen, musste das Team das VLT-Instrument NACO in dem neuartigen, für Beobachtungen dieser Art besonders geeigneten “Sparse Aperture Masking”-Modus verwenden [4]. Nach sorgfältiger Auswertung der Daten fanden die Astronomen tatsächlich ein deutliches Signal eines Objekts in der Lücke der Staubscheibe, nahe am äußeren Scheibenrand in einer Entfernung von etwa einer Milliarde Kilometern vom Stern – das entspricht etwas mehr als dem Abstand Jupiters von der Sonne. Dies ist der erste direkte Nachweis eines Objektes, das wesentlich kleiner als ein Stern ist und sich in einer Lücke in der protoplanetaren Staubscheibe um einen jungen Stern befindet. Es gibt Hinweise darauf, dass der Begleiter kein normaler Stern sein kann [5], sondern entweder ein Brauner Zwerg [6], der von Staub umgeben ist, oder – was natürlich besonders interessant wäre – ein Planet, der sich gerade erst gebildet hat.

“Diese Studie hat auf bemerkenswerte Art und Weise die Daten von zwei verschiedenen Hochleitstungsinstrumenten am Paranal-Observatorium kombiniert. Mit zukünftigen Beobachtungen möchten wir mehr über den Begleiter und die Scheibe in Erfahrung bringen und beispielsweise die Frage klären, woher der Staub im inneren Bereich der Scheibe stammt”, schließt Huélamo.

Endnoten

[1] Scheiben in der Übergangsphase werden anhand ihrer verringerten Abstrahlung im mittleren Infrarot identifiziert. Erklärt wird die geringere Abstrahlung durch Auflösung des Staubes nahe am Stern und durch die Bildung von Lücken und Löchern. Planeten, die sich gerade erst gebildet haben, können solche Lücken erzeugen; es gibt aber auch andere mögliche Entstehungsursachen.

[2] T Cha ist ein so genannter T Tauri-Stern: ein sehr junger, nach dem Prototypen T Tauri benannter Stern, der dabei ist, zu kontrahieren, in dessen Kernbereich aber noch keine Kernfusion gezündet hat.

[3] Die Astronomen verwendeten das AMBER-Instrument (AMBER steht für Astronomical Multi-BEam CombineR, wörtlich etwa "Astronomisches Instrument zur Kombination mehrerer Lichtstrahlen") am Very Large Telescope Interferometer (VLTI), das im nahen Infrarot arbeitet und Winkelauflösungen bis hinunter auf 2 Millibogensekunden erreicht, um das Licht von allen vier VLT-Hauptteleskopen zu einem virtuellen Teleskop mit 130m Durchmesser zu kombinieren. Es verfügt außerdem über moderate spektrale Auflösung. AMBER wurde von einem Konsortium aus mehreren französischen und italienischen Instituten sowie dem Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn in Zusammenarbeit mit der ESO entwickelt und gebaut.

[4] Das Infrarotinstrument NACO besteht aus zwei Komponenten: der adaptiven Optik NAOS (Nasmyth Adaptive Optics System) und CONICA (COudé Near-Infrared CAmera), einer Kombination aus Kamera und Spektrograph, die jeweils von einem französischen Konsortium und von den Max-Planck-Instituten für Astronomie in Heidelberg und für Extraterrestrische Physik in Garching in Zusammenarbeit mit der ESO entwickelt wurden. Mit Adaptiver Optik lassen sich Störeffekte elimieren, die durch die Erdatmosphäre verursacht werden; so wird die Schärfe astronomischer Aufnahmen signifikant verbessert.

Das Team verwendete NACO im neuartigen “Sparse Aperture Masking”-Modus (SAM), um nach dem Begleiter zu suchen. Bei dieser speziellen Interferometriemethode wird anstelle des Lichtes mehrerer Teleskope (wie beim VLTI) Licht, das auf verschiedene Teile des Spiegels eines Einzelteleskopes (in diesem Falle geht es um das VLT-Hauptteleskop 4) fällt, kombiniert. Die neue Technik eignet sich besonders gut, um lichtschwache Objekte in unmittelbarer Nähe von viel helleren zu finden. Das VLTI und AMBER sind besser geeignet um die Struktur der inneren Bereiche der Scheibe zu untersuchen, sind aber nicht ganz so empfindlich, wenn es um den direkten Nachweis eines Begleiters geht

[5] Die Astronomen suchten mit NACO in zwei verschiedenen Spektralbereichen nach dem Begleiter: einmal bei 2,2 Mikrometern und einmal bei 3,8 Mikrometern. Nachweisen ließ er sich aber nur bei der längeren Wellenlänge. Damit ist das gefundene Objekt entweder sehr kalt, was auf einen Planeten hindeutet, oder aber ein ein Staub eingehüllter Brauner Zwerg.

[6] Braune Zwerge sind ein Mittelding zwischen Sternen und Planeten. Sie haben nicht genug Masse, um in ihrem Inneren Wasserstoff zu fusionieren, sind aber, solange sie jung sind und sich noch zusammenziehen, größer als Gasplaneten wie Jupiter.

Zusatzinformationen

Die hier vorgestellten Forschungsergebnisse erscheinen demnächst in zwei Fachartikeln mit den Titeln “Warm dust resolved in the cold disk around TCha with VLTI/AMBER” von Olofsson et al. und “A companion candidate in the gap of the T Cha transitional disk” Huélamo et al. in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics.

Die beteiligten Wissenschaftler sind J. Olofsson (Max-Planck-Institut für Astronomie [MPIA], Heidelberg), M. Benisty (MPIA), J.-C. Augereau (Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble [IPAG], Frankreich) C. Pinte (IPAG), F. Ménard (IPAG), E. Tatulli (IPAG), J.-P. Berger (ESO, Santiago, Chile), F. Malbet (IPAG), B. Merín (Herschel Science Centre, Madrid, Spanien), E. F. van Dishoeck (Leiden University, Niederlande), S. Lacour (Observatoire de Paris, Frankreich), K. M. Pontoppidan (California Institute of Technology, USA), J.-L. Monin (IPAG), J. M. Brown (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching), G. A. Blake (California Institute of Technology), N. Huélamo (Centro de Astrobiología, ESAC, Spanien), P. Tuthill (University of Sydney, Australien), M. Ireland (University of Sydney), A. Kraus (University of Hawaii) and G. Chauvin (Université Joseph Fourier, Grenoble, Frankreich).

Die Europäische Südsternwarte ESO (European Southern Observatory) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch ihre 14 Mitgliedsländer: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Italien, die Niederlande, Österreich, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz, die Tschechische Republik und das Vereinigte Königreich. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO betreibt drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Nordchile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts, sowie VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt. Die ESO ist der europäische Partner für den Aufbau des Antennenfelds ALMA, das größte astronomische Projekt überhaupt. Derzeit entwickelt die ESO das European Extremely Large Telescope (E-ELT) für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren und Infrarotlichts, mit 42 Metern Spiegeldurchmesser ein Großteleskop der Extraklasse.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsstaaten (und einigen weiteren Ländern) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg.

Kontaktinformationen

Carolin Liefke
ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie
Deutschland
Tel: 06221 528 226
E-Mail: eson@mpia.de
Dr. Nuria Huélamo
LAEFF-Center of Astrobiology - ESAC campus
Madrid, Spain
Tel: +34 91 813 1234
E-Mail: nhuelamo@cab.inta-csic.es
Dr. Johan Olofsson
Max Planck Institute for Astronomy
Heidelberg, Germany
Tel: +49 6221 528 353
E-Mail: olofsson@mpia.de
Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 151 1537 3591
E-Mail: rhook@eso.org

Carolin Liefke | ESO Science Outreach Network
Weitere Informationen:
http://www.eso.org/public/germany/news/eso1106/

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