Wie aus Staub Planeten entstehen

Heidelberg – In der rotierenden Gas- und Staubscheibe um einen jungen Stern geht es turbulent zu: Staubkörnchen stoßen zusammen, kleben aneinander und zertrümmern sich bei weiteren Kollisionen wieder gegenseitig. Laborexperimente und Computersimulationen liefern nun neue Erkenntnisse darüber, wie aus diesen chaotischen Prozessen erste Planetenvorläufer entstehen können. Zentimetergroße Gesteinsbrocken agieren als Saatkörner, die den Sternenstaub aufsammeln und so langsam zu hundert Meter großen Planeten-Bausteinen anwachsen. Das berichtet ein Forscherteam in einem online veröffentlichten Forschungsbericht.

Astronomen haben heute eine gute Vorstellung davon, wie Planeten entstehen: In der rotierenden Gas- und Staubwolke um einen jungen Stern backen winzige Staubkörnchen zu immer größeren Partikeln zusammen und formen so erste Gesteinsbrocken, die wiederum zu Planetenvorläufern anwachsen. Doch ausgerechnet der erste Schritt dieses Prozesses ist bislang ungeklärt. Denn die Staubkörnchen backen nicht einfach zusammen – wenn sie mit hoher Geschwindigkeit kollidieren, dann prallen sie entweder aneinander ab oder sie zertrümmern sich gegenseitig.

Fredrik Windmark vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg und seine Kollegen haben nun die Ergebnisse neuer Laborexperimente über Staubkollisionen in ihre Computersimulationen der ersten Phase der Planetenentstehung eingebaut. Es zeigte sich, dass sich durch Zusammenstöße von Staubkörnern tatsächlich keine Partikel größer als ein Millimeter bilden können. Als die Forscher jedoch künstlich eine kleine Anzahl von ein Zentimeter großen Partikeln in das Szenario einfügten, kam der Prozess wieder in Schwung: Die kleinen Staubteilchen lagerten sich an die „Saatkörner“ an und ließen diese im Verlauf von einer Million Jahren zu einer Population von hundert Meter großen Planetenvorläufern anwachsen.

Die Untersuchung von Windmark und seinen Kollegen zeigt außerdem, dass das zunächst als störend angesehene Wachstumslimit von einem Millimeter eine überraschend positive Rolle bei der Entstehung der Planetenvorläufer spielt. Größere Staubkörner nämlich führen zu Erosionsprozessen, die größere Partikel verkleinern statt sie anwachsen zu lassen. Die Entstehung von Planetenvorläufern funktioniert also über die Kombination eines Wachstumslimits für Staubkörnchen mit einem Anlagerungsprozess des Staubes an größere Saatkörner. Bleibt natürlich die Frage, woher diese Saatkörner stammen – hier sind weitere Forschungen nötig.