Wie Planeten auf die schiefe Bahn geraten

In unserem Sonnensystem folgen die Planeten nahezu kreisförmigen Bahnen, die allesamt in einer Ebene liegen. Doch nicht in jedem Sternsystem geht es so ordentlich zu: Die Umlaufbahnen der Planeten können auch stark elliptisch, gegeneinander gekippt oder sogar gegenläufig sein. Der Grund dafür war unter Experten bislang umstritten. Jetzt beobachtete ein internationales Forscherteam bei dem Dreifachstern GW Orionis erstmals ein theoretisch vorhergesagtes Phänomen, das solche ungewöhnlichen Planetenbahnen hervorrufen kann. Im Fachblatt „Science“ berichten die Wissenschaftler über die komplexe Architektur des jungen Sternsystems.

Sterne und Planeten entstehen durch den Kollaps großer Gas- und Staubwolken. Während sich im Zentrum der dichter und heißer werdenden Wolke ein oder mehrere Sterne bilden, formt sich um diese Zentralsterne herum eine flache Materiescheibe. In dieser protoplanetaren Scheibe verdichten sich Gas und Staub zu immer größeren Objekten und schließlich zu Planeten – die ihre Bahnen in der Ebene der ursprünglichen Scheibe ziehen. Steht im Zentrum nur ein einzelner Stern, behält die Scheibe in der Entstehungsphase ihre Form. Mehrere Sterne können die Scheibe jedoch mit ihren variierenden Anziehungskräften verbiegen und sogar in mehrere Ringe auseinanderreißen.

Diesen Effekt haben Stefan Kraus von der University of Exeter in Großbritannien und seine Kollegen nun im 1300 Lichtjahre entfernten System GW Orionis beobachtetet. Sie untersuchten den jungen Dreifachstern über insgesamt elf Jahre mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte ESO und dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array, kurz ALMA. „Unsere Aufnahmen zeigen einen extremen Fall, bei dem die Scheibe keineswegs eben, sondern stark deformiert ist“, erläutert Kraus. „Darüber hinaus sehen wir einen von der Scheibe abgetrennten, stark geneigten Ring.“ Dieser Ring befindet sich näher an den drei Sternen als der Rest der Scheibe, ist also den Einflüssen der Sterne stärker ausgesetzt.

Die Messungen der Forscher zeigen, dass der innere Ring etwa das Dreißigfache der Erdmasse an Staub enthält – genug also, um mehrere Planeten zu bilden. „Planeten, die innerhalb dieses gekippten Rings entstehen, haben dann stark geneigte Umlaufbahnen“, sagt Teammitglied Alexander Kreplin, ebenfalls von der University of Exeter. Durch die langjährigen Beobachtungen waren die Astronomen in der Lage, die Umlaufbahnen genau zu bestimmen. Anhand der gesammelten Daten konnten sie die Entstehung der protoplanetaren Scheibe sowie ihre Verformung und Aufspaltung dann mithilfe von Computersimulationen nachvollziehen.

Das Team folgert, dass es in Mehrfachsystemen eine große Zahl bislang unentdeckter Planeten auf ungewöhnlichen Umlaufbahnen gibt. Künftige Großteleskope, wie das im Bau befindliche Extremely Large Telescope der ESO, könnten solche Planeten aufspüren.