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Diese künstlerische Darstellung zeigt die Entstehung eines Gasriesen im Staubring um den jungen Stern HD 100546. Das System enthält noch einen weiteren grossen Planeten, dessen Umlaufbahn näher am Stern liegt. Der Protoplanet ist von seinem Zentralstern etwa 70 mal so weit entfernt wie die Erde von unserer Sonne.

Künstlerische Darstellung der Entstehung eines Gasriesen im Staubring um den jungen Stern HD 100546.  Bild: ESO/L. Calçada

ETH-Astronomen beobachten die Geburt eines Planeten

Astronomen der ETH Zürich haben die Existenz eines jungen, gasförmigen Riesenplaneten bestätigt. Dieser liegt noch immer mitten in einer Scheibe aus Gas und Staub, die seinen Mutterstern umgibt. Damit können Wissenschaftler erstmals die Planeten-Entstehung in einem sehr frühen Stadium direkt untersuchen.



Eine ganze Nacht lang war eine hochauflösende Infrarotkamera des Riesenteleskops VLT in Chile auf ein einziges Objekt gerichtet, obwohl Beobachtungszeit bei der Europäischen Südsternwarte ESO auf dem Berg Paranal sehr kostbar ist. Mit Hilfe der Daten, die das Instrument namens Naco dabei sammelte, konnte ein internationales Team unter der Leitung von Sascha Quanz von der ETH Zürich seine früher aufgestellte Hypothese bestätigen: Ein junger, gasförmiger Planet – der unserem Jupiter wahrscheinlich nicht unähnlich sein dürfte – umkreist den Stern mit der Bezeichnung HD 100546. 

In astronomischen Massstäben gilt HD 100546 mit einem Alter von fünf bis zehn Millionen Jahren als jung und zählt mit einer Entfernung von «nur» 335 Lichtjahren zu unserer kosmischen Nachbarschaft. Wie viele junge Sterne ist er von einer grossen Gas- und Staubscheibe umgeben. In deren äusseren Region befindet sich der junge Planet, etwa 50 Mal weiter entfernt von seinem Mutterstern, als die Erde von der Sonne.  

Dieses Bild wurde mit dem NACO-System am Very Large Telescope der ESO aufgenommen und zeigt einen Protoplaneten-Kandidaten in der Gas- und Staubscheibe um den jungen Stern HD 100546. Das Bild wurde mit einem speziellen Koronografen aufgenommen, der das gleissend helle Licht des Sterns unterdrückt und so die Region um den Protoplaneten detailliert sichtbar macht. Der hellste Bereich des Bildes ist der Protoplaneten-Kandidat. Die dunkle Scheibe unten im Bild verdeckt den Zentralstern des Systems.

Dieses Bild wurde mit dem NACO-System am Very Large Telescope der ESO aufgenommen und zeigt den Protoplaneten-Kandidaten in der Gas- und Staubscheibe um den jungen Stern HD 100546. Der hellste Bereich des Bildes ist der Protoplaneten-Kandidat. Die dunkle Scheibe unten im Bild verdeckt den Zentralstern des Systems. Bild: ESO

Unwahrscheinliches Schleuderszenario

Bereits 2013 hatte das Team eine erste Forschungsarbeit veröffentlicht, in der es die Existenz dieses jungen Planeten vermutete. Damals diskutierten die Forscher aber noch eine andere Erklärung für die gesammelten Daten: Beim beobachteten Objekt könnte es sich auch um einen zwar bedeutend grösseren, jedoch älteren Riesenplaneten handeln, der weiter innen in der zirkumstellaren Scheibe gebildet und hinausgeschleudert wurde. «Ganz ausschliessen können wir dieses Szenario noch immer nicht», gibt Sascha Quanz zu. «Aber es ist sehr viel unwahrscheinlicher als unsere Erklärung, dass es sich dabei um einen entstehenden Planeten handelt.» 

Wäre das Objekt früher weiter innen entstanden, hätte es genau in der Ebene der Gas- und Staubscheibe herausgeschleudert werden müssen, und zwar zum richtigen Zeitpunkt, so dass es die Forscher jetzt beobachten konnten. «Das wäre ein sehr grosser Zufall», sagt Sascha Quanz. Deshalb bevorzuge man die naheliegende Interpretation, die in diesem Fall schon exotisch genug sei. Aufgrund der neuen Beobachtungen sind die Forscher zudem sicher, dass das gemessene Signal nicht von einer Hintergrundquelle stammen kann. «Am besten erklären lassen sich die beobachteten Eigenschaften tatsächlich mit einem neu entstehenden Planeten, eingebettet in die Scheibe um seinen Mutterstern», so das Fazit der Studie, die im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunkts «PlanetS» entstanden ist und jetzt in der Fachzeitschrift «Astrophysical Journal» veröffentlicht wird.

Kosmisches Labor

Der Planet – HD 100546 b genannt – ist das erste derartige Objekt, das bisher entdeckt wurde. «Es liefert uns einzigartige Beobachtungsdaten zum Entstehungsprozess eines riesigen Gasplaneten», sagt Sascha Quanz. Wie, wo und wann in den Scheiben um junge Sterne Riesenplaneten geformt werden, untersuchte man bisher vor allem theoretisch oder mit Hilfe von Computersimulationen. «Jetzt haben wir ein ‹Labor›, aus dem wir empirische Informationen beziehen können», erklärt der ETH-Forscher. 

Diese Aufnahme vom NASA/ESA Hubble Space Telescope zeigt den Staub in den äusseren Bereichen des HD 100546-Systems im sichtbaren Licht. Die Position des neuentdeckten Protoplaneten ist markiert. 
Der innere Teil des Bildes wird von Artefakten des gleissend hellen Zentralsterns dominiert.

Diese Aufnahme des Hubble Space Telescope zeigt den Staub in den äusseren Bereichen des HD-100546-Systems im sichtbaren Licht. Die Position des neuentdeckten Protoplaneten ist markiert. Bild: ESO/NASA/ESA/Ardila et al.

Andere Astronomen haben zwar inzwischen zwei weitere junge Sterne gefunden, von denen man annimmt, dass sie junge Riesenplaneten beherbergen, doch diese Objekte scheinen in einem etwas späteren Entwicklungsstadium zu sein: Auf ihren Umlaufbahnen haben sie bereits grosse Lücken in den Scheiben, in die sie eingebettet sind, hinterlassen. Solche Leerstellen fehlen in der Umgebung von HD 100546 b. 

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The Birth of a Giant Planet? | ESO. YouTube/SpaceLibrary

«Unser Objekt befindet sich noch immer im Entstehungsprozess und scheint immer noch von sehr viel Staub und Gas umgeben zu sein», sagt Sascha Quanz. Neben der zirkumstellaren Scheibe um den Stern könnte es also eine kleinere, zirkumplanetare Scheibe geben, die den neu entstehenden Planeten umgibt. 

Wärmestrahlung aus grossem Bereich

Aufgrund der Beobachtungen in drei verschiedenen Wellenlängenbereichen konnten die Forscher eine erste Schätzung der Temperatur und Grösse des Objekts ableiten. Danach scheint es in einem Gebiet, dessen Durchmesser sieben Jupiterdurchmessern entspricht, im Mittel über 600 Grad Celsius heiss zu sein. Dass die Wärmestrahlung aus einem so grossen Bereich stammt, spricht dafür, dass es sich bei der Quelle um eine Kombination von einem jungen Planeten und einer zirkumplanetaren Scheibe handelt. Künftige Beobachtungen mit dem Radioteleskop Alma in der chilenischen Atacama-Wüste sollen bestätigen, dass der entstehende Planet tatsächlich selbst von einer Scheibe umgeben wird, und Hinweise auf deren Masse und Ausmass liefern. 

Übersichtsaufnahme der Himmelsregion um den jungen Stern HD 100546 im südlichen Sternbild Musca (die Fliege), erstellt aus Daten des Digitized Sky Survey 2. Die von den hellen Sternen im Bild ausgehenden Strahlen und farbigen Halos sind Artefakte der Teleskopoptik und des fotografischen Prozesses.

Übersichtsaufnahme der Himmelsregion um den jungen Stern HD 100546 im südlichen Sternbild Musca (Fliege), erstellt aus Daten des Digitized Sky Survey 2.  Bild: European Southern Observatory

Und vielleicht wird HD 100546 für noch mehr Erkenntnisse sorgen: Aufgrund früherer Beobachtungen des Sterns vermuten die Astronomen, dass ein zweiter Planet um ihn kreisen könnte. Er wäre dem Stern ungefähr fünfmal näher als der jetzt nachgewiesene junge Planet. Möglicherweise können die Astronomen also sogar die Entstehung von mehreren Planeten im gleichen System beobachten. Allerdings muss die Existenz des zweiten, inneren Planeten noch gesichert werden. Überraschend wäre sie nicht: Viele der bisher fast 2000 entdeckten Exoplaneten gehören zu einem System mit mehreren Planeten – wie unser Sonnensystem. (ethz)

Auf den Spuren der Dunklen Materie

Was ist das? Das muntere Bilder-Quiz

Quiz: Unser Sonnensystem

Quiz
1.Unser Mond ist bei grösster Distanz rund 406'000 Kilometer von der Erde entfernt. Welche der anderen sieben Planeten hätten dann zwischen Erde und Mond Platz?
Bild zur Frage
Die fünf kleinsten.
Die fünf kleinsten.
Die sechs kleinsten.
Die sechs kleinsten.
Alle sieben.
Alle sieben.
2.Bis auf Merkur und Venus haben alle Planeten in unserem Sonnensystem Monde. Welcher ist der grösste?
Bild zur Frage
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Titan
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Titan
Ganymed
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Ganymed
Kallisto
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Kallisto
3.Welcher Planet ist kleiner als der grösste Mond?
Sonnensystem, Planeten
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Merkur
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Merkur
Venus
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Venus
Mars
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Mars
4.Jupiter ist der grösste der Planeten in unserem System. Wie gross ist sein Anteil an der Gesamtmasse aller Planeten?
Jupiter
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37 Prozent
52 Prozent
71 Prozent
5.Ein anderes Bild entsteht, wenn das Zentralgestirn, die Sonne, miteinbezogen wird. Wie gross ist deren Anteil an der Gesamtmasse des Sonnensystems?
Sonne
Shutterstock
69,84 Prozent
88,79 Prozent
99,86 Prozent
6.Nichts ist schneller als Licht. Doch benötigt es rund acht Minuten, um von der Sonne zu uns zu gelangen. Wie lange unterwegs ist aber ein Photon, das im Inneren der Sonne entsteht, bis es deren Oberfläche erreicht?
Sonne Eruption
Über 1 Million Jahre.
Über 10'000 Jahre.
Über 10 Jahre.
7.Der Mars ist kleiner als die Erde. Wie gross ist seine Oberfläche, wenn man sie mit der Erdoberfläche vergleicht?
Mars-erde-Grössenvergleich
Nasa
Wasserhalbkugel Erde, Wasserhemisphäre
Wikipedia
So gross wie die gesamte Wasserfläche der Erde.
Landhalbkugel Erde, Landhemisphäre
Wikipedia
So gross wie die gesamte Landfläche der Erde.
Eurasien
Wikipedia
So gross wie Europa und Asien zusammen.
8.Der Mars hat zwei kleine Monde, Phobos und Deimos. Welche der folgenden Aussagen zu den Marstrabanten ist frei erfunden?
Marsmonde Phobos Deimos
Die Oberfläche von Phobos ist so gross wie die Fläche von London.
Phobos ist derjenige Mond im Sonnensystem, der sich am nächsten zu seinem Planeten befindet.
Phobos wird auf seiner Umlaufbahn seinerseits von Deimos umkreist.
9.Unser anderer Nachbarplanet, die Venus, zeichnet sich durch eine spezielle Eigenschaft aus. Welche?
Bild zur Frage
Shutterstock
Sie hat nur am Südpol eine Eiskappe.
Sie besitzt kein Magnetfeld.
Der höchste Vulkan im Sonnensystem befindet sich auf der Venus.
10.Der Planet der Ringe, der Saturn, weist noch eine weitere Besonderheit auf. Welche ist es?
Saturn
Nasa
Er rotiert so langsam, dass ein Tag länger dauert als ein Jahr.
Er hat mehr Monde als der Jupiter.
Seine Dichte ist so niedrig, dass er auf Wasser schwimmen würde.

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