Bei der Suche nach neuen Planeten haben Astronomen mit Hilfe von SPHERE, einem Instrument zur Planetensuche am Very Large Telescope der ESO ein erstes bestätigtes Bild eines neugeborenen Planeten aufgenommen, der sich in der Staubscheibe um einen jungen Stern gebildet hat. Der junge Planet pflügt sich seinen Weg durch die primordiale Scheibe aus Gas und Staub um den sehr jungen Stern PDS 70.

„Wir suchen gezielt nach jungen Planetensystemen, in denen Planeten noch dabei sind, sich zu formen“, erklärt die Leiterin des Projekts, Miriam Keppler vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg. „Man wählt dazu unter Berücksichtigung verschiedener Kriterien die vielversprechendsten jungen Sterne aus, einer davon ist PDS 70.“

Diese Geburten komplett zu dokumentieren, ist aber leider nicht möglich, da sie die Lebensspanne von Generationen von Menschen weit überschreiten. „Theoretische Modelle sagen voraus, dass es mehrere Millionen Jahre dauern kann, bis ein Planet seine Endmasse erreicht hat, was, verglichen mit der Lebensdauer der Sterne und Planeten, kurz ist“, sagt Keppler.

„Sterne entstehen aus großen Wolken, bestehend aus Staub und Gas. Wenn ein Stern sich gebildet hat, sammelt sich die restliche Materie in Form einer Scheibe an, die um diesen Stern kreist, eine sogenannte ,protoplanetare Scheibe’“, führt sie aus. „In dieser Scheibe fangen mit der Zeit Staubkörner an, zu kollidieren und zusammenzukleben, und damit zu größeren Objekten zusammenzuklumpen. Einige dieser größeren Staubkörner können somit mit der Zeit dann zu riesigen Körpern mit der Größe eines Planeten heranwachsen. Wenn sie massiv genug sind, ziehen sie schließlich das Gas aus ihrer Umgebung an, und wachsen somit zu einem Gasriesen wie z.B. Jupiter in unserem Sonnensystem, oder eben auch PDS 70 b, heran.“

Der Planet um PDS 70 sei maximal 5-6 Millionen Jahre alt, und immer noch dabei, Material aus seiner Umgebung aufzusammeln. „Daher ist er noch in seiner Entstehungsphase. Er ist noch umgeben von dem Material, das von den Prozessen der Sternentstehung übrig geblieben ist und aus dem er sich selbst geformt hat, der ,protoplanetaren Scheibe’. Durch das Aufsammeln der Materie aus dieser Scheibe hat er eine Lücke in die Scheibe gefräst, die auf unseren Bildern deutlich zu sehen ist.“

Der Planet hebt sich in den neuen Beobachtungen sehr deutlich ab und ist als heller Punkt rechts vom geschwärzten Bildmittelpunkt sichtbar [Titelbild]. Seine Entfernung zum Zentralstern ist etwa wie die zwischen Uranus und der Sonne, circa drei Milliarden Kilometer.

1.000 Grad Celsius Oberflächentemperatur

Die Analyse zeigt, dass PDS 70b ein großer Gasplanet mit einer Masse ist, die mehrere Male größer ist als die des Jupiters und eine Oberflächentemperatur von etwa 1.000°C hat. Außerdem deuten die Daten darauf hin, dass die Atmosphäre des Planeten Wolken enthält.

„Es ist uns gelungen, ein Spektrum von PDS 70 b zu beobachten. Ein Spektrum misst die Menge an Licht, die vom Planeten bei verschiedenen Wellenlängen, d.h. bei verschiedenen Farben des Lichts, ausgestrahlt wird“ beschreibt die Astronomin.“ Die Form und Eigenheiten dieses Spektrums gibt uns Aufschluss über die Zusammensetzung der Atmosphäre, und daher auch über die Existenz von Wolken.“

Diese Existenz von Wolken bedeute jedoch nicht, dass Leben auf dem Planeten möglich wäre, da Wolken nicht gleichbedeutend mit der Existenz von Wasser seien. „Atmosphären bestehen hauptsächlich aus Gas. Teile dieses Gases können jedoch unter bestimmten atmosphärischen Bedingungen auch zu Wolken kondensieren“, führt Keppler aus. „Auf unserer Erde bestehen Wolken aus Wasser. Je nach Zusammensetzung und physikalischen Bedingungen der Atmosphäre, können Wolken auf anderen Planeten jedoch auch aus anderen Stoffen bestehen, wie z.B. aus Silikaten.“

Der dunkle Bereich in der Bildmitte [Titelbild] ist auf einen Koronografen zurückzuführen, eine Maske, die das blendend helle Licht des Zentralsterns blockiert und es den Astronomen erlaubt, seine viel schwächere Scheibe und seinen planetaren Begleiter zu erkennen. Ohne diese Maske wäre das schwache Licht des Planeten vom intensiven Leuchten von PDS 70 völlig überstrahlt.

„Diese Scheiben um junge Sterne müssen die Geburtsorte von Planeten sein, aber bisher haben nur wenige Beobachtungen Hinweise auf junge Planeten in ihnen gezeigt“, erklärt Miriam Keppler weiter. „Das Problem ist, dass die meisten dieser Planetenkandidaten bisher auch einfach nur Strukturen in der Scheibe sein könnten.“

Der planetare Begleiter von PDS 70 hat um den Stern eine sogenannte Übergangsscheibe geformt – eine protoplanetare Scheibe mit einem riesigen „Loch“ in der Mitte. Diese inneren Lücken sind bereits seit Jahrzehnten bekannt und man hatte schon zuvor spekuliert, dass sie durch die Wechselwirkung der Scheibe mit einem Planeten entstanden sind. Jetzt können wir den Planeten zum ersten Mal sehen.

„Miriams Ergebnisse haben uns ein neues Fenster zu den komplexen und schlecht verstandenen Anfangsstadien der planetaren Evolution geöffnet“, kommentiert André Müller, Leiter des zweiten Teams zur Erforschung des jungen Planeten. „Wir müssen einen Planeten in der Scheibe eines jungen Sterns beobachten, um die Prozesse hinter der Planetenbildung wirklich zu verstehen.“

Entstehung von Planeten in unserem System

Dank der neuen Erkenntnisse könne man auch gewisse Rückschlüsse auf die Entstehung von Planeten in unserem System ziehen, betont Keppler. „Die direkte Beobachtung von jungen Planeten ist eine große Herausforderung, daher gibt es zu vielen Aspekten der Planetenentstehung bisher nur theoretische Modelle, die durch Beobachtungen noch unüberprüft werden müssen“, sagt sie.

„Unsere direkten Bilder von PDS 70 b sind die bisher eindeutigsten Bilder von einem Planeten in seiner Entstehungsphase, und bestätigen einige Erwartungen aus den theoretischen Modellen der Planetenentstehung. Zum Beispiel zeigen sie eindrücklich, wie ein Planet durch das Aufsammeln von Materie in seiner Umgebung während der Entstehung tatsächlich eine große Lücke in die protoplanetare Scheibe fräst. Außerdem bestätigen sie, dass Planeten in ihrem jungen Alter durch den Entstehungsprozess noch sehr heiß sind. PDS 70 b hat eine Temperatur von ca. 1000 Grad Celsius, und ist somit viel heißer als die Planeten unseres Sonnensystems, welche ja viel älter sind.“

Die Beobachtung würden nun anhand von PDS 70 b zeigen, bei welchen Distanzen vom Zentralstern, auf welchen Zeitskalen ein Gasriese entstehen kann und welche physikalischen Eigenschaften solche jungen Planeten aufweisen können. „Diese Erkenntnisse sind extrem wichtig für den Abgleich theoretischer Modelle, die voraussagen, wie sich die Eigenschaften von Planeten (z.B. Temperatur, Radius, Masse) mit der Zeit entwickeln. Solche Erkenntnisse sind letztendlich essentiell, um Rückschlüsse schließen zu können, unter welchen Bedingungen sich die Planeten unseres Sonnensystems einst formten.“

Bilder: ESO

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