Die Geburt eines Planeten zu verstehen, ist ein schwieriges Rätsel. Wir wissen, dass sich Planeten in Gas- und Staubwolken bilden, die neue Sterne umgeben, die als protoplanetare Scheiben bekannt sind. Aber genau zu verstehen, wie dieser Prozess funktioniert – das Verbinden der Punkte zwischen einer Staubwolke und einem fertigen Planeten – ist nicht einfach. Ein internationales Astronomenteam versucht, einige dieser Geheimnisse zu lüften, und hat kürzlich die umfangreichste Kartierung der chemischen Zusammensetzung mehrerer protoplanetarer Scheiben um fünf junge Sterne abgeschlossen. Ihre Forschung ermöglicht es ihnen, die chemische Zusammensetzung zukünftiger Exoplaneten zusammenzustellen und einen Einblick in die Entstehung neuer außerirdischer Welten zu geben.
Die Studie mit dem Spitznamen KARTEN , wurde mit dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) in Chile. ALMA liegt in großer Höhe, in einer der trockensten Wüsten der Erde, und bietet eine hervorragende Sicht auf die Sterne mit geringer Interferenz durch die Erdatmosphäre (natürlich hat es mehr Interferenzen als Teleskope im Weltraum, wie Hubble oder das kommende James Webb-Weltraumteleskop , aber trotzdem ist ALMA gut gelegen). Die Spezialität von ALMA liegt in der Betrachtung von Licht im Submillimeter-Wellenlängenbereich, der unter dem liegt, was das menschliche Auge sehen kann. Bei diesen Wellenlängen kann ALMA Licht aus kalten, dunklen Bereichen des Universums erkennen, einschließlich der protoplanetaren Staubwolken, in denen Planeten geboren werden. Diese Fähigkeit ermöglicht es Forschern, die chemische Zusammensetzung dieser Wolken in hoher Auflösung zu sehen. Mit anderen Worten, ALMA kann die molekularen Bausteine der zukünftigen Planeten zusammensetzen.
Die chemische Zusammensetzung der Wolken deutet nicht nur auf die Bestandteile zukünftiger Planeten hin (und ob sie Leben fördern könnten), sondern legt auch nahe, wie und wo innerhalb der Scheibe die Planetenbildung stattfinden wird. Protoplanetare Scheiben haben keine einheitliche Zusammensetzung – sie haben ungleichmäßig verteilte Materialklumpen, was bedeutet, dass sich „Planeten in verschiedenen Scheiben oder sogar in derselben Scheibe an verschiedenen Orten in radikal unterschiedlichen chemischen Umgebungen bilden können“, erklärt Charles Law, einer der die MAPS-Forscher.
MAPS hat gezeigt, dass Regionen, in denen sich Gasriesen bilden, in der Regel einen Mangel an Kohlenstoff, Sauerstoff und schwereren Elementen aufweisen, aber viel Methan enthalten. Andererseits scheinen die Scheiben des inneren Sonnensystems, die näher an ihrem Stern liegen, kohlenstoffreich zu sein. Viviana V. Guzmán, Co-Principal Investigator von MAPS, erklärt: „Wir konnten die Menge kleiner organischer Moleküle in den inneren Regionen der Scheiben beobachten, wo sich wahrscheinlich Gesteinsplaneten ansammeln … Wir stellen fest, dass unser eigenes Sonnensystem nicht besonders einzigartig, und dass andere Planetensysteme um andere Sterne herum genug von den Grundzutaten haben, um die Bausteine des Lebens zu bilden.“
In der Konzeption des Künstlers entstehen Planeten aus Gas und Staub in der protoplanetaren Scheibe, die den jungen Stern umgibt. Das Gas besteht aus vielen verschiedenen Molekülen, darunter Blausäure und komplexere Nitrile – die mit der Entwicklung des Lebens auf der Erde verbunden sind – und anderen organischen und anorganischen Verbindungen. Von einfachen organischen bis hin zu komplexeren Verbindungen prägt die Suppe aus Molekülen an einem bestimmten Ort in der Scheibe die Zukunft des dort entstehenden Planeten und bestimmt, ob dieser Planet das Leben, wie wir es kennen, unterstützen könnte oder nicht.
Bildnachweis: M.Weiss/Zentrum für Astrophysik | Harvard & Smithsonian
MAPS-Forschungsleiterin Karin Öberg fügte hinzu: „Eines der wirklich aufregenden Dinge, die wir gesehen haben, ist, dass die planetenbildenden Scheiben um diese fünf jungen Sterne Fabriken einer besonderen Klasse organischer Moleküle, sogenannter Nitrile, sind, die an der Entstehung von . beteiligt sind Leben hier auf der Erde.“
Mit diesen Erkenntnissen beginnt MAPS, die Lücke zwischen Staubwolken und Planeten zu schließen und hilft uns zu modellieren, wie unser eigenes Sonnensystem in seinen frühesten Stadien ausgesehen haben könnte. Es ist eine aufregende Zeit für diejenigen, die daran arbeiten, die frühe Geschichte der Planeten zu verstehen. Die Ergebnisse werden in einer kommenden Ausgabe von . veröffentlicht Die Ergänzungsreihe zum Astrophysical Journal.
Die fünf von MAPS untersuchten Sterne sind: IM Lup, GM Aur, AS 209, HD 163296 und MWC 480.
Erfahren Sie mehr: ALMA enthüllt kohlenstoffreiche, organische Geburtsumgebungen von Planeten , NRAO
Ausgewähltes Bild: Star HD 163296 mit Blausäure-Emission über einem Sternenfeld. Bildnachweis: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/D. Berry (NRAO), K. Öberg et al. (MAPS)