Scheibe mit ringförmiger Lücke um einen Stern.

Lücken in Staubscheiben kein Indiz für Planeten

Lücken und andere auffällige Strukturen in Staubscheiben um junge Sterne galten bislang als sicherer Hinweis auf die Existenz von Planeten. Doch nun müssen Astronomen umdenken: Allein das Zusammenspiel von Gas und Staub kann bereits zur Bildung solcher Strukturen führen, wie die Untersuchung eines Forscherduos aus den USA zeigt. Frühere Analysen hätten den Einfluss des Gases vernachlässigt und seien deshalb zu fehlerhaften Schlüssen gekommen, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

„Staubscheiben um junge Sterne zeigen eine Vielzahl nicht-trivialer Strukturen“, erläutern Wladimir Lyra vom Jet Propulsion Laboratory in Pasadena und Marc Kuchner vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt. Darunter finden sich beispielsweise Asymmetrien, Verklumpungen, Ringe und Lücken. „Für solche Strukturen benötigt man eine Erklärung. Traditionell erklären wir die Entstehung über den Einfluss großer Planeten – eine faszinierende Möglichkeit“, so die beiden Forscher. Ein Beispiel ist der 25 Lichtjahre entfernte Stern Fomalhaut, bei dem Astronomen aus einem elliptischen Staubring die Existenz eines jupitergroßen Planeten folgerten. Und die Entdeckung einer Lücke in der Scheibe um den Stern TW Hydrae ließ die Himmelsforscher kürzlich sogar an der Theorie der Planetenentstehung zweifeln: Mit acht Millionen Jahren wäre der Stern noch viel zu jung für die Entstehung eines Planeten, der die Lücke erzeugen könnte.

Wie Lyra und Kuchner zeigen, haben bisherige Analysen der Dynamik von Gas- und Staubscheiben einen wichtigen Aspekt vernachlässigt, nämlich einen Rückkopplungseffekt zwischen Gas und Staub. Durch den Strömungswiderstand tendiert der Staub dazu, sich in Regionen mit höherem Gasdruck anzusammeln. Doch der Staub wirkt auch auf das Gas zurück: Er nimmt Strahlung vom Stern auf, erwärmt sich und gibt diese Erwärmung an das Gas weiter. Dadurch wiederum erhöht sich der Druck des Gases, was zu einer weiteren Verdichtung des Staubs führt.

Diese positive Rückkopplung kann zur Bildung einer Vielzahl von Strukturen führen, insbesondere zu dichten Klumpen und Ringen. „Die Schlussfolgerung, dass Gas- und Staubscheiben Planeten enthalten müssen, ist also keineswegs notwendig, um derartige Strukturen zu erklären“, so Lyra und Kuchner. Die beiden Astrophysiker erläutern auch, wie sich die beiden unterschiedlichen Szenarien unterscheiden lassen, nämlich über die Beobachtung des Gases in der Umgebung der Staubverdichtungen. Bislang sind die Beobachtungen dazu aber noch nicht genau genug.