Staubfalle hilft bei Planetenentstehung

In der äußeren Gas- und Staubscheibe um den jungen Stern Ophiuchus IRS 48 sind millimetergroße Staubteilchen asymmetrisch verteilt: Sie sammeln sich auf der einen Seite in einer großen, bogenförmigen Struktur an. Das zeigen Beobachtungen eines internationalen Forscherteams mit ALMA, einem neuen Großteleskop der Europäischen Südsternwarte ESO. Die Astronomen vermuten, dass ein großer Planet Verwirbelungen in der Staubscheibe verursacht, die zur Bildung der Ansammlung geführt hat. Solche „Staubfallen“ könnten eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Kometen und Planeten spielen, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Science“.

„Die Form der Staubverteilung war eine große Überraschung für uns“, sagt Nienke van der Marel von der Sternwarte Leiden in den Niederlanden. Frühere Beobachtungen hatten bereits gezeigt, dass der 390 Lichtjahre entfernte Stern von einer Gas- und Staubscheibe umgeben ist, die ein großes Loch in der Mitte aufweist. Darin zieht vermutlich ein Planet mit der zehnfachen Jupitermasse seine Bahn. Die Beobachtungen mit ALMA – einer Antennenanlage zum Empfang von Strahlung mit Wellenlängen im Millimeter- und Submillimeterbereich – zeigen nun erstmals die Verteilung von größeren Staubkörnchen in der Scheibe. „Wir hatten einen Ring erwartet – stattdessen fanden wir eine bogenförmige Struktur“, so van der Marel.

In der ersten Phase der Planetenentstehung bilden sich in der protoplanetarischen Scheibe um einen Stern aus feinem Staub immer größere Partikel. Doch es gibt dabei ein Problem: Wenn die Staubpartikel auf Millimetergröße anwachsen, zerstören sie sich bei Zusammenstößen gegenseitig. Außerdem fallen größere Partikel durch die Anziehungskraft in den jungen Stern hinein. Wie also lässt sich diese Grenze beim Wachstum überwinden? Die Antwort der Theoretiker sind Staubfallen, Verwirbelungen, in denen sich der Staub verdichtet und so die Chance hat, zu größeren Objekten zu verklumpen.

Die Beobachtungen von van der Marel und ihren Kollege könnten erstmalig eine solche Staubfalle zeigen. Sie liegt allerdings mit dem 50-fachen des Abstands Erde-Sonne sehr weit vom Stern entfernt und wäre daher eher eine „Kometenfabrik“ als die Brutstätte neuer Planeten, so die Forscher. Ein weiteres Problem ist, dass die Staubfalle offenbar durch einen bereits existierenden großen Planeten entstanden ist. Die Astronomen hoffen aber, mit ALMA auch ähnliche Strukturen im inneren Bereich von Staubscheiben um junge Sterne vor der Entstehung der ersten Planeten nachweisen zu können.