Wohin die Bausteine für Gesteinsplaneten driften

In den Scheiben um junge Sterne sammeln sich Gas, Staub und Trümmer zu immer größeren Körpern – so entstehen Planeten. Nun hat ein Forschungsteam mithilfe des James-Webb-Teleskops vier solche Protoplanetare Scheiben untersucht und Unterschiede entdeckt, wie Wasserdampf dort verteilt ist. Wie die Forschenden im Fachmagazin „Astrophysical Journal Letters“ schreiben, erklären ihre Ergebnisse, woher die Bausteine für erdähnliche Planeten stammen – und bestätigen damit die bisherige Theorie.

Nach dieser Theorie entstehen in den äußeren, kühleren Regionen eines Planetensystems – dort, wo in unserem Sonnensystem die Kometen ihren Ursprung haben – Gesteinsbrocken. Diese Brocken sind wie auch unsere Kometen von Wassereis umgeben. Während sie sich durch die Scheibe aus Gas und Staub bewegen, kommt es zu Reibung – sie verlieren an Energie. Deshalb werden die Brocken langsamer und können sich nicht mehr auf einer so großen Bahn halten.

Bewegung der Gesteinsbrocken

Sie driften immer weiter nach innen in die wärmeren Bereiche des Sonnensystems. Irgendwann erreichen sie die Eislinie. Sie teilt die Protoplanetare Scheibe in zwei Zonen: Jenseits der Grenze können die zukünftigen Planeten auch Eiskörner anziehen – es entstehen Gas- und Eisriesen. Ab der Eislinie wird es so warm, dass das umgebende Eis verdampft. Auf der sternzugewandten Seite der Linie sammeln sich daher eisfreie Felsbrocken. Diese wachsen durch Kollisionen und Schwerkraft zum Planeten an.

Kalter Wasserdampf an der Eislinie

Um dieses Modell durch Beobachtungen zu belegen, hat das Forschungsteam um Andrea Banzatti von der Texas State University in den USA Messungen ausgewertet, die das James-Webb-Weltraumteleskop von vier jungen Sternen gemacht hat. Alle sind von protoplanetaren Scheiben umgeben – zwei davon sind klein, aber sehr dicht, die anderen beiden sind größer und bestehen aus mehreren getrennten Ringen. Anhand von Lichtspektren untersuchten die Forschenden, aus welchen Bestandteilen sich die Systeme zusammensetzen.

Und tatsächlich: In den Daten aller vier jungen Sterne und ihrer Umgebung entdeckten die Forschenden Wasserdampf direkt an der Eislinie. In den kleineren Scheiben jedoch war dieser Wasserdampf kälter und es gab mehr davon – wie ein direkter Vergleich zeigte, war der Grund dafür der kühle Dampf von den Brocken. Damit bestätigt sich das bisherige Modell, wonach die eisigen Felsbrocken in den kleinen, dichten Scheiben in größerer Zahl nach innen wandern. In den größeren Scheiben hingegen verhindern die Lücken zwischen den Ringen, dass sie die Eislinie erreichen.

In Zukunft wollen Banzatti und sein Team die Spektren weiterer Scheiben auswerten. Sie hoffen, dass der kühle Wasserdampf ihnen helfen kann, die Entstehung von Planeten besser zu untersuchen: Die Menge an Dampf an der Eislinie könnte verraten, wie viel Gestein in ihrem Inneren zur Verfügung steht.