Einblick in die Planetenentstehung

Der junge Stern Elias 2-27 in der Sternentstehungsregion Rho Ophiuchi ist von einer Spirale aus Gas und Staub umgeben, in der sich vermutlich Planeten bilden. Das zeigen Beobachtungen eines internationalen Forscherteams mit dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array ALMA, einer aus 66 Antennen bestehenden Teleskopanlage in Chile. Es ist das erste Mal, dass Astronomen diese theoretisch vorhergesagte Phase in der Entwicklung junger Sterne beobachten. Das sei ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Entstehung insbesondere von Planeten in großem Abstand zu ihrem Stern, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Science“.

Helles Objekt, umgeben von einer Ellipse, von der symmetrisch zwei Spiralarme ausgehen.
Spirale um den jungen Stern Elias 2-27

„Die Theorie sagt voraus, dass die Schwerkraft zur Entstehung von spiralförmigen Dichtewellen in den protoplanetarischen Scheiben aus Gas und Staub führt, die junge Sterne umgeben“, schreiben Laura Pérez vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und ihre Kollegen. Tatsächlich wurden solche spiralförmigen Strukturen bei jungen Sternen bereits gesichtet – aber erst nach der Entstehung der ersten Planeten und mit Beobachtungen im optischen Licht. Doch für optische Strahlung sind protoplanetarische Scheiben undurchsichtig. Die Beobachtungen zeigen also nur Störungen auf ihren Oberflächen und erlauben keinen Einblick in ihr Inneres, wo sich die meiste Materie befindet und die Entstehung von Planeten abläuft.

Deshalb haben Pérez und ihre Kollegen ALMA verwendet – die Teleskopanlage ist besonders gut für die Beobachtung der Entstehung von Sternen und Planeten geeignet, weil Submillimeter- und Millimeterstrahlung dichte Gas- und Staubwolken durchdringen kann. Die Beobachtungen des 450 Lichtjahre entfernten Sterns Elias 2-27 bei einer Wellenlänge von 1,3 Millimetern zeigt zwei symmetrische Spiralarme, die bis in den äußeren Bereich der protoplanetarischen Scheibe herausreichen und sich bis in die Mittelebene der Scheibe hinein nachweisen lassen.

Pérez und ihre Kollegen sehen in ihren Ergebnissen einen starken Bezugsrahmen für Computersimulationen der Planetenentstehung. „Die Fragmentation solcher Spiralen ist der einzig plausible Mechanismus für die Bildung von Planeten in großen Entfernungen von einem jungen Stern“, so die Forscher. Der Nachweis der spiralförmigen Struktur bei Elias 2-27 sei daher ein erster Schritt, um zu entschlüsseln, was in unterschiedlichen Entfernungen vom Stern jeweils der vorherrschende Prozess der Planetenentstehung ist.