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Versorgungsroute für die Entstehung von Planeten in einem Doppelsternsystem entdeckt

30.10.2014 - (idw) Max-Planck-Institut für Astronomie

Pressemitteilung der Europäischen Südsternwarte (Garching) - Wissenschaftler haben mit ALMA zum ersten Mal einen Gastrom beobachtet, der von einer massereichen äußeren Scheibe hin zu den inneren Bereichen eines Doppelsternsystems fließt. Dieser noch nie zuvor dokumentierte Vorgang könnte dafür sorgen, dass eine zweite kleinere planetenbildende Scheibe, die ansonsten vor langer Zeit verschwunden wäre, aufrecht erhalten wird. Die Hälfte aller sonnenähnlichen Sterne werden in Doppelsternsystemen geboren, was zur Folge hat, dass diese neuen Befunde massive Auswirkungen auf die Exoplanetensuche haben werden. Die Forschungsergebnisse erscheinen am 30. Oktober 2014 in der Fachzeitschrift Nature. Eine Forschergruppe unter der Leitung von Anne Dutrey vom Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux in Frankreich und dem CNRS haben mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) die Verteilung von Staub und Gas in einem Mehrfachsternsystem namens GG Tau-A [1] beobachtet. Dieses Objekt ist nur wenige Millionen Jahre alt und befindet sich etwa 450 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Taurus (der Stier).

Wie ein Rad in einem Rad besitzt GG Tau-A eine größere, äußere Scheibe, die das gesamte System umgibt, und eine innere Scheibe um den Hauptstern. Die Masse dieser zweiten inneren Scheibe entspricht etwa der des Jupiter. Ihre Präsenz hat die Astronomen bislang vor ein Rätsel gestellt, da sie in einem so hohen Tempo Material an ihren Zentralstern verliert, dass sie schon längst verschwunden sein sollte.

Als das Team das System mit ALMA beobachtete, entdeckten die Wissenschaftler einen Gasklumpen in der Lücke zwischen den zwei Scheiben. Die neuen Beobachtungen legen nahe, dass Material von der äußeren zur inneren Scheibe übertragen wird und somit eine Versorgungslinie zwischen den Zweien herstellt [2].

Computersimulationen haben ergeben, dass Material durch solche Lücken fließen sollte, was aber bislang nicht beobachtet werden konnte. Die Entdeckung dieser Klumpen deutet darauf hin, dass das Material sich zwischen den Scheiben bewegt und es der einen Scheibe erlaubt, die andere zu füttern, erklärt Dutrey. Unsere Beobachtungen demonstrieren, dass Material aus der äußeren Scheibe die innere Scheibe eine lange Zeit am Leben erhalten kann. Dies hat massive Auswirkungen auf potenzielle Planetenentstehung.

Planeten entstehen aus dem Material, das nach einer Sterngeburt übrig bleibt. Dies ist ein langsamer Prozess, was bedeutet, dass eine langlebige Scheibe eine Voraussetzung für Planetenentstehung ist. Wenn der Fütterungsprozess der inneren Scheibe, der nun mit ALMA beobachtet wurde, auch in anderen Mehrfachsternsystemen auftritt, dann eröffnet dieser Fund eine unzählige Menge an neuen potenziellen Orten, an denen in Zukunft Exoplaneten gefunden werden könnten.

Die erste Phase der Exoplanetensuche war auf Einzelsterne wie die Sonne ausgerichtet [3]. Vor Kurzem wurde gezeigt, dass eine große Menge an Gasriesen Doppelsternsysteme umkreist. Nun haben Forscher begonnen, noch genauer hinzusehen, um die Möglichkeit zu erforschen, dass Planeten einzelne Sterne eines Mehrfachsternsystems umkreisen. Diese neue Entdeckung stützt die These der Existenz solcher Planeten und eröffnet Exoplanetenjägern somit neue ertragreiche Jagdgebiete.

Emmanuel Di Folco, Koautor des Fachartikels, erläutert abschließend:Fast die Hälfte der sonnenähnlichen Sterne sind in Doppelsternsystemen entstanden. Dies bedeutet, dass wir einen Mechanismus zur Erhaltung von Planetenentstehung gefunden haben, der für eine erhebliche Anzahl an Sternen in der Milchstraße gilt. Unsere Beobachtungen sind ein großer Schritt in Richtung eines vollständigen Verständnisses der Planetenentstehung.

Endnoten

[1] GG Tau-A ist Teil eines komplexeren Mehrfachsternsystems namens GG Tauri. Jüngste Beobachtungen von GG Tauri-A mit dem VLTI haben enthüllt, dass einer der Sterne GG Tau Ab, der nicht von einer Scheibe umgeben ist selbst ein enges Doppelsternsystem, das aus GG Tau-Ab1 und GG Tau-Ab2 besteht, ist. Dies fügt eine fünfte Komponente zu GG-Tau-System hinzu.

[2] Ein früheres Ergebnis mit ALMA zeigte ein Beispiel für einen Einzelstern mit Material, das von äußeren Teilen seiner Scheibe zu den inneren Teilen floss.

[3] Da die Umlaufbahnen von Doppelsternen komplexer und weniger stabil sind, glaubte man, dass Planetenentstehung in solchen Systemen schwieriger wäre als um Einzelsterne herum.

Zusatzinformationen

Die hier vorgestellten Forschungsergebnisse werden unter dem Titel Planet formation in the young, low-mass multiple stellar system GG Tau-A von A. Dutrey et al. im Fachblatt Nature erscheinen.

Die beteiligten Wissenschaftler sind Anne Dutrey (Universität von Bordeaux/CNRS, Frankreich), Emmanuel Di Folco (Universität von Bordeaux/CNRS), Stephane Guilloteau (Universität von Bordeaux/CNRS), Yann Boehler (University of Mexico, Michoacan, Mexico), Jeff Bary (Colgate University, Hamilton, USA), Tracy Beck (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA), Hervé Beust (IPAG, Grenoble, Frankreich), Edwige Chapillon (Universität von Bordeaux/IRAM, France), Fredéric Gueth (IRAM, Saint Martin dHères, Frankreich), Jean-Marc Huré (Universität von Bordeaux/CNRS), Arnaud Pierens (Universität von Bordeaux/CNRS), Vincent Piétu (IRAM), Michal Simon (Stony Brook University, USA) and Ya-Wen Tang (Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, Taipei, Taiwan).

Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ist eine internationale astronomische Einrichtung, die gemeinsam von Europa, Nordamerika und Ostasien in Zusammenarbeit mit der Republik Chile getragen wird. Von europäischer Seite aus wird ALMA über die Europäische Südsternwarte (ESO) finanziert, in Nordamerika von der National Science Foundation (NSF) der USA in Zusammenarbeit mit dem kanadischen National Research Council (NRC) und dem taiwanesischen National Science Council (NSC), und in Ostasien von den japanischen National Institutes of Natural Sciences (NINS) in Kooperation mit der Academia Sinica (AS) in Taiwan. Bei Entwicklung, Aufbau und Betrieb ist die ESO federführend für den europäischen Beitrag, das National Radio Astronomy Observatory (NRAO), das seinerseits von Associated Universities, Inc. (AUI) betrieben wird, für den nordamerikanischen Beitrag und das National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) für den ostasiatischen Beitrag. Dem Joint ALMA Observatory (JAO) obliegt die übergreifende Projektleitung für den Aufbau, die Inbetriebnahme und den Beobachtungsbetrieb von ALMA.

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 von 15 Ländern: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Italien, die Niederlande, Österreich, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. 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 dem Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts und zwei Teleskope für Himmelsdurchmusterungen: VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt, arbeitet im Infraroten, während das VLT Survey Telescope (VST) für Himmelsdurchmusterungen ausschließlich im sichtbaren Licht konzipiert ist. Die ESO ist der europäische Partner bei den neuartigen Teleskopverbund ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Derzeit entwickelt die ESO ein Großteleskop mit 39 Met

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