Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Astronomen werden Zeugen der Geburt eines Planeten

02.07.2018

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) in Heidelberg und des Konsortiums des SPHERE-Instruments am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile haben einen extrem jungen Exoplaneten im Stadium seiner Entstehung entdeckt und charakterisiert. Der Gasriese mit der Bezeichnung PDS 70 b wurde in einer Lücke der proto­planetaren Scheibe des Sterns PDS 70 nachgewiesen. Damit befindet sich PDS 70 b noch in der Umgebung seiner Entstehung und dürfte nach wie vor neue Materie auf sich ziehen. Der Planet bietet damit die einzigartige Gelegenheit, Entstehungsmodelle von Planeten zu testen und etwas über die frühe Geschichte des Sonnensystems zu lernen.

Die Suche nach Exoplaneten hat bislang etwa 3800 Exemplare mit unterschiedlichsten Größen, Massen sowie Abständen von ihren Muttersternen zutage gefördert. Wie sie entstehen, weiß man aber nicht genau. Zwar verfügen die Forscher über Theorien und Modelle möglicher Entstehungs-Szenarien.


Nah-Infrarot-Aufnahme der PDS70-Scheibe aufgenommen mit dem SPHERE-Instrument. Der junge Exoplanet PDS 70 b ist deutlich als helles Signal am inneren Rand der Lücke (dunkler Bereich) zu erkennen.

Bild: ESO/A. Müller, MPIA

Jedoch war es bislang kaum möglich, Planeten im Zustand ihrer Entstehung nachzuweisen, den Entstehungsprozess direkt zu untersuchen und seine Eigenschaften mit den Berechnungen der Modelle zu vergleichen.

Genau das ist Astronomen des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) in Heidelberg und des Konsortiums des SPHERE-Instruments am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte (ESO) nun gelungen. Der Planet PDS 70 b wurde in einer Entfernung von 22 Astronomischen Ein­hei­ten (AE) von seinem Zentralgestirn PDS 70 entdeckt. Er ist damit 22 Mal soweit von der Sonne entfernt wie die Erde.

„Wir haben uns für unsere Untersuchung mit PDS 70 einen Stern ausgesucht, bei dem man bereits vermutete, dass dort ein junger Planet seine Kreise ziehen könnte“, erzählt Miriam Keppler, Doktorandin am MPIA und Erstautorin des Fachartikels, der die Entdeckung schildert.

Scheibe um einen jungen Stern

PDS 70, ein 5,4 Millionen Jahre junger so genannter T-Tauri-Stern, ist von einer protoplanetaren Scheibe aus Gas und Staub umgeben, die 130 AE breit ist. Zum Vergleich: Der äußere Rand des Sonnensystems, der Kuipergürtel, reicht nur bis etwa 50 AE. Solche Scheiben bestehen aus Material, das nach der Entstehung des Sterns übrig blieb. Die zirkumstellare Scheibe um PDS 70 weist eine große Lücke auf. Man vermutet, dass solch eine Lücke typischerweise dadurch entsteht, dass ein junger Riesenplanet auf seiner Bahn um den Mutterstern Schei­ben­ma­te­rie aufsammelt. Durch die Wechselwirkung mit der Scheibe verändert er dabei langsam seinen Ab­stand zum Zentralgestirn. In dieser Weise räumt er allmählich eine größere Zone in der Scheibe frei.

In einer anschließenden Untersuchung unter der Leitung von André Müller konnte die Gruppe der Astronomen ein spektakuläres Bild des PDS 70-Systems erhalten. Auf dieser Aufnahme ist der Planet am inneren Rand des Scheibenspalts eindeutig erkennbar. Er läuft einmal innerhalb von etwa 120 Jahren um seinen Mutterstern um. Ein Spektrum von PDS 70 b erlaubte es den Astronomen, seine atmosphärischen und physikalischen Eigenschaften zu bestimmen. „Diese Entdeckung bietet uns eine beispiellose Möglichkeit, theoretische Modelle der Planetenbildung zu testen“, erklärt Dr. Müller begeistert.

Ein junger Riesenplanet

Tatsächlich zeigt die Analyse, dass PDS 70 b ein riesiger Gasplanet mit mehreren Jupitermassen und einer Temperatur von etwa 1200 Kelvin ist. Er ist damit ungleich heißer als jeder Planet in unserem Sonnensystem. PDS 70 b ist jünger als der zentrale Stern und dürfte nach wie vor wachsen. Die Daten zeigen außerdem, dass der Planet von Wolken umgeben ist, die die Strahlung des Planetenkerns und seiner Atmosphäre modifizieren. „Aufgrund der neuen Entfernungsdaten, die der Gaia-Satellit geliefert hat, mussten wir unsere Zahlen noch einmal korrigieren. Laut Gaia ist PDS 70 rund 370 Lichtjahre von uns entfernt.“ erklärt Keppler. PDS 70 b bestätigt zudem die Vorstellung, dass sich Gasplaneten wie Jupiter in größerer Entfernung von ihrem Zentralstern bilden sollten.

Um protoplanetare Scheiben sichtbar zu machen, wenden die Forscher raffinierte Beobachtungs- und Auswerteverfahren an. Auf normalen Aufnahmen überstrahlt der Stern alle Objekte in seinem direkten Umfeld. Mit dem SPHERE-Instrument kann das Licht, das uns direkt vom Stern erreicht, jedoch weitgehend eliminiert werden. Dafür nutzt die Kamera die Eigenschaft der Polarisation des Lichts. Linear polarisierte Lichtwellen schwingen nur in einer Ebene. Das Licht eines Sterns ist dagegen überwiegend unpolarisiert. Trifft es jedoch auf die Scheibe, wird das Licht bei der Streuung an den Staubteilchen linear polarisiert. Nutzt man nun einen entsprechenden Polarisationsfilter, der Lichtwellen in nur einer Schwingungsebene durchlässt, detektiert oder blockiert man je nach Ausrichtung das Licht, das von verschiedenen Bereichen der Scheibe kommt. Fotografen nutzen einen ähnlichen Effekt, wenn sie Reflexionen von einer glatten Oberfläche ausblenden wollen.

Vom Licht des Sterns erhält man dagegen unabhängig von der Filterkonfiguration immer ein Signal. Dieser Unterschied erlaubt es den Astronomen, das direkte Sternenlicht aus den Daten herauszurechnen. Unterstützt wird die Operation durch eine weitere Methode: die Astronomen decken den Stern mit einer Blende ab. Übrig bleibt ein Abbild der Scheibe.

„Nach zehn Jahren der Entwicklung neuer, leistungsstarker astronomischer Instrumente wie SPHERE zeigt uns diese Entdeckung, dass wir endlich in der Lage sind, Planeten direkt bei ihrer Entstehung zu finden und zu studieren. Ein lang gehegter Traum wird wahr“, schließt Prof. Thomas Henning, Direktor am MPIA, leitender Wissenschaftler der beiden Studien und der deutsche Co-I des SPHERE-Instruments.

Kontakt

Miriam Keppler (Erstautorin)
Max-Planck-Institut für Astronomie
Telefon: (+49|0) 6221 528-203
E-Mail: keppler@mpia.de

André Müller (Erstautor)
Max-Planck-Institut für Astronomie
Telefon: (+49/0) 6221528-227
E-Mail: amueller@mpia.de

Markus Nielbock
Öffentlichkeitsarbeit, Max-Planck-Institut für Astronomie
Telefon:+49 6221 528-134
E-Mail: pr@mpia.de

Hintergrundinformationen

Die hier beschriebenen Ergebnisse sind veröffentlicht als Keppler et al., "Discovery of a substellar companion within the gap of the transition disk around PDS 70" und als Müller et al., "Orbital and atmospheric characterization of the planet within the gap of the PDS 70 transition disk", beide erschienen in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics.

Die beteiligten MPIA-Forscher sind Miriam Keppler, André Müller, Thomas Henning, Roy van Boekel, Faustine Cantalloube, Anne-Lise Maire, Adriana Pohl, Matthias Samland, Henning Avenhaus in Zusammenarbeit mit Myriam Benisty, Gaël Chauvin (Univ. Grenoble Alpes, CNRS und Unidad Mixta Internacional Franco-Chilena de Astronomía), Anthony Boccaletti (LESIA, Observatoire de Paris), Silvano Desidera (INAF - Osservatorio Astronomico di Padova), Christian Ginski, Rob van Holstein (Leiden Observatory).

SPHERE wurde von einem internationalen Konsortium unter der Leitung des MPIA und dem Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble (IPAG) entwickelt.

Weitere Informationen:

http://www.mpia.de/aktuelles/wissenschaft/2018/2018-06-PDS70 - Online-Version der Pressemitteilung inklusive weiterer Abbildung und hochaufgelöster Versionen

Dr. Markus Pössel | Max-Planck-Institut für Astronomie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Münchner Lichtquanten-Destillerie
24.04.2019 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

nachricht Quantenmaterie fest und supraflüssig zugleich
23.04.2019 | Universität Innsbruck

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: Neuer LED-Leuchtstoff spart Energie

Das menschliche Auge ist für Grün besonders empfindlich, für Blau und Rot hingegen weniger. Chemiker um Hubert Huppertz von der Universität Innsbruck haben nun einen neuen roten Leuchtstoff entwickelt, dessen Licht vom Auge gut wahrgenommen wird. Damit lässt sich die Lichtausbeute von weißen LEDs um rund ein Sechstel steigern, was die Energieeffizienz von Beleuchtungssystemen deutlich verbessern kann.

Leuchtdioden oder LEDs können nur Licht einer bestimmten Farbe erzeugen. Mit unterschiedlichen Verfahren zur Farbmischung lässt sich aber auch weißes Licht...

Im Focus: Münchner Lichtquanten-Destillerie

Garchinger Physiker entwickeln eine Technik, um reine einzelne Photonen zu extrahieren

Das Destillieren von Spirituosen steigert den Gehalt von Alkohol relativ zum Wasseranteil. Ähnlich wirkt eine Methode auf Lichtquanten, Photonen, die ein Team...

Im Focus: Energy-saving new LED phosphor

The human eye is particularly sensitive to green, but less sensitive to blue and red. Chemists led by Hubert Huppertz at the University of Innsbruck have now developed a new red phosphor whose light is well perceived by the eye. This increases the light yield of white LEDs by around one sixth, which can significantly improve the energy efficiency of lighting systems.

Light emitting diodes or LEDs are only able to produce light of a certain colour. However, white light can be created using different colour mixing processes.

Im Focus: Quantenmaterie fest und supraflüssig zugleich

Forscher um Francesca Ferlaino an der Universität Innsbruck und an der Österreichischen Akademie der Wissenschaften haben in dipolaren Quantengasen aus Erbium- und Dysprosiumatomen suprasolide Zustände beobachtet. Im Dysprosiumgas ist dieser exotische Materiezustand außerordentlich langlebig, was die Tür für eingehendere Untersuchungen weit aufstößt.

Suprasolidität ist ein paradoxer Zustand, in dem die Materie sowohl supraflüssige als auch kristalline Eigenschaften besitzt. Die Teilchen sind wie in einem...

Im Focus: Quantum gas turns supersolid

Researchers led by Francesca Ferlaino from the University of Innsbruck and the Austrian Academy of Sciences report in Physical Review X on the observation of supersolid behavior in dipolar quantum gases of erbium and dysprosium. In the dysprosium gas these properties are unprecedentedly long-lived. This sets the stage for future investigations into the nature of this exotic phase of matter.

Supersolidity is a paradoxical state where the matter is both crystallized and superfluid. Predicted 50 years ago, such a counter-intuitive phase, featuring...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz: Lernen von der Natur

17.04.2019 | Veranstaltungen

Mobilität im Umbruch – Conference on Future Automotive Technology, 7.-8. Mai 2019, Fürstenfeldbruck

17.04.2019 | Veranstaltungen

Augmented Reality und Softwareentwicklung: 33. Industrie-Tag InformationsTechnologie (IT)²

17.04.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neuer LED-Leuchtstoff spart Energie

24.04.2019 | Energie und Elektrotechnik

Control 2019: Fraunhofer IPT stellt High-Speed-Mikroskop mit intuitiver Gestensteuerung vor

24.04.2019 | Messenachrichten

Warum der moderne Mensch aus Afrika kommt

24.04.2019 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics