Neues Modell beschreibt Entstehung von Gasplaneten

Große Gasplaneten entstehen durch die langsame Ansammlung kleinerer Gesteinsbrocken und nicht durch die Kollision größerer Planetesimale. Zu diesem Schluss kommt ein Forschertrio aus den USA und Kanada auf der Basis von Computersimulationen des Entstehungsprozesses. Die Ergebnisse ihres neuen Modells seien in guter Übereinstimmung mit der beobachteten Struktur unseres Sonnensystems, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

Planet von dünnen Ringen umgeben, rechts im Hintergrund eine helle Lichtquelle.
Planetenentstehung

„Die erste Stufe bei der Bildung von Riesenplaneten wie Jupiter und Saturn ist nach unseren heutigen Vorstellungen die Produktion fester Kerne mit der zehnfachen Masse der Erde“, schreiben Harold Levison und Katherine Kretke vom Southwest Research Institute in Boulder sowie Martin Duncan von der Queen’s University in Kingston. Die Kerne sammeln dann mit ihrer Anziehungskraft das verbleibende Gas aus der Umgebung und formen so die Gasplaneten. „Doch die Entstehung der Kerne stellt eine große Herausforderung für die Modelle der Planetenentstehung dar.“

Im Standardszenario verdichten sich zentimeter- bis metergroße Gesteinsbrocken zunächst zu 100 bis 1000 Kilometer großen Planetesimalen. Diese wachsen dann durch Kollisionen untereinander und durch die Anziehung weiterer Steine zu den Planetenkernen an. Computersimulationen dieses Vorgangs führen jedoch nicht zu dem gewünschten Ergebnis: Statt einiger weniger Gasplaneten entstehen so mehrere hundert etwa erdgroße Planeten, „im klaren Widerspruch zur Struktur des Sonnensystems“, so die Forscher.

Levison, Kretke und Duncan gehen in ihrem neuen Modell davon aus, dass die Gesteinsbrocken nicht, wie bislang angenommen, schon zu Beginn des Prozesses vorhanden sind, sondern sich erst langsam bilden. Während im bisherigen Szenario bereits nach tausend Jahren erdgroße Körper entstanden sind, dauert dieser Vorgang in Modell des Forscherteams 400 000 Jahre. Durch diese längere Zeitdauer spielen nun bislang vernachlässigbare gravitative Wechselwirkungen zwischen den Planetesimalen eine entscheidende Rolle. Sie führen, wie die Computersimulationen zeigen, zur Entstehung von ein bis vier großen Gasplaneten. Die Annahme einer verzögerten Entstehung von Gesteinsbrocken in der protoplanetarischen Scheibe um die junge Sonne kann also die beobachtete Struktur unseres Sonnensystems erklären.