Im Jahr 2017 verwendeten Astronomen ALMA (Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array), um den Stern zu betrachten AB Aurigae . Es ist eine Art junger Stern, der Herbig Ae-Stern genannt wird und weniger als 10 Millionen Jahre alt ist. Damals fanden sie dort eine staubige protoplanetare Scheibe mit verräterischen Lücken, die auf Spiralarme hindeuteten.
Jetzt haben sie noch einmal nachgesehen und einen sehr jungen Planeten gefunden, der sich dort bildet.
Junge Herbig Ae-Sterne wie AB Aurigae sind für Astronomen von großem Interesse. Sie sind so jung, dass sie es nicht sind Hauptfolge noch Sterne, und sie sind immer noch von ihrer zirkumstellaren Scheibe aus Gas und Staub umgeben. Und aus diesem Gas und Staub entstehen junge Planeten.
Die über 500 Lichtjahre entfernte Scheibe um AB Aurigae hat spiralförmige Arme, die sich in einem Knoten treffen. Wissenschaftler glauben, dass der Knoten genau der Punkt ist, an dem sich ein junger Planet bildet. Eine neue Studie nutzte die KUGEL (Spectro-Polarimetric High-Contrast Exoplanet REsearch) Instrument auf dem Sehr großes Teleskop (VLT), um AB Aurigae und die Planeten, die sich in seiner Scheibe entwickeln, genauer zu betrachten.
Die neue Studie trägt den Titel „ Mögliche Beweise für eine anhaltende Planetenentstehung in AB Aurigae .“ Hauptautor der Studie ist Anthony Boccaletti vom Observatoire de Paris der PSL-Universität, Frankreich. Der Artikel wird in der Zeitschrift veröffentlicht Astronomie und Astrophysik .
„Bisher wurden Tausende von Exoplaneten identifiziert, aber über ihre Entstehung ist wenig bekannt“, sagte Erstautor Boccaletti in a Pressemitteilung . Die Beobachtung junger, sich noch bildender Planeten ist derzeit eine große Sache in der Astronomie, aber es ist schwierig. Die zirkumstellare Scheibe um den Stern ist schwer zu erkennen, und selbst unsere beste Technologie ist dieser Aufgabe kaum gewachsen.
Künstlerische Darstellung einer zirkumstellaren Trümmerscheibe um einen fernen Stern. Diese Scheiben sind bei jüngeren Sternen üblich und schwer zu erkennen. Bildnachweis: NASA/JPL
Das SPHERE-Instrument war für diese Arbeit von entscheidender Bedeutung. Es ist ein fortgeschrittenes adaptives Optiksystem , kombiniert mit einem Koronoagraph. Es wurde entwickelt, um die Erforschung von Exoplaneten mit spektrographischen und polarimetrischen Bildern niedriger Auflösung voranzutreiben. Es bildet sowohl optisches als auch infrarotes Licht ab. SPHERE ermöglichte es dem Team hinter dieser Studie, sich auf die frühesten Stadien der Planetenentstehung zu konzentrieren.
„Wir müssen sehr junge Systeme beobachten, um den Moment der Planetenbildung wirklich einzufangen“, sagt Boccaletti. Dieser verdrehte Knoten, an dem sich die Spiralarme der zirkumstellaren Scheibe von AB Aurigae treffen, ist so nah, wie wir diesen Moment einfangen können.
Diese Spiralen zeigen die Geburt eines Babyplaneten an. Das liegt daran, dass die Masse des Planeten einen Einfluss auf das weniger dichte Gas und den Staub in der Scheibe hat. Im Wesentlichen tritt der Planet gegen das Material in der Scheibe und erzeugt eine sichtbare Welle: die Spiralen.
„Die Drehung der Spirale wird mit einem planetengetriebenen Dichtewellenmodell perfekt reproduziert, wenn Projektionseffekte berücksichtigt werden.“
Aus der Studie „Mögliche Beweise für die anhaltende Planetenbildung in AB Aurigae“.
Laut Emmanuel Di Folco vom Astrophysics Laboratory of Bordeaux (LAB), Frankreich, der an dieser Studie teilgenommen hat, erzeugen die jungen Planeten „Störungen in der Scheibe in Form einer Welle, ähnlich wie die Kielwasser eines Bootes auf einem See .“ Und während sich der junge Planet um den Zentralstern dreht, werden diese Störungen zu Spiralarmen.
Die Bilder des AB Aurigae-Systems zeigen die Scheibe um ihn herum. Das Bild rechts ist eine vergrößerte Version des Bereichs, der durch ein rotes Quadrat im Bild links angezeigt wird. Es zeigt den inneren Bereich der Scheibe, einschließlich der sehr hellgelben „Drehung“ (weiß eingekreist), von der Wissenschaftler glauben, dass sie die Stelle markiert, an der sich ein Planet bildet. Diese Drehung liegt ungefähr in der gleichen Entfernung vom AB Aurigae-Stern wie Neptun von der Sonne. Der blaue Kreis repräsentiert die Größe der Umlaufbahn von Neptun. Die Bilder wurden mit dem SPHERE-Instrument am Very Large Telescope der ESO in polarisiertem Licht aufgenommen. Bildquelle: ESO/Boccaletti et al., 2020
In ihrem Artikel warnen uns die Autoren, dass wir immer noch lernen, was in diesen zirkumstellaren Schleiern vor sich geht, die junge Sterne umgeben. Wir befinden uns noch in den Anfängen dieser Strukturen, und sie sind sich nicht sicher, ob es sich bei dieser Wendung um einen Planeten handelt.
„SPHERE hat die tiefsten Bilder geliefert, die jemals für AB Aur im Streulicht erhalten wurden. Unter den vielen noch zu verstehenden Strukturen haben wir nicht nur die inneren Spiralarme identifiziert, sondern auch ein Merkmal in Form einer Verdrehung in der östlichen Spirale in einem Abstand von etwa 30 AE gelöst.“
Sind sie sicher, dass es ein Planet ist? Nicht ganz, aber die Twist-Funktion passt zum Modellieren. „Die Drehung der Spirale wird mit einem planetengetriebenen Dichtewellenmodell perfekt reproduziert, wenn Projektionseffekte berücksichtigt werden“, schreiben die Autoren.
Erste Beobachtungen von AB Aurigae mit ALMA, aber ohne SPHERE, zeigten das Paar Spiralarme. Aber ALMA allein hat nicht so viele Informationen preisgegeben. Es enthüllte jedoch verlockende Hinweise darauf, dass sich Planeten bildeten.
ALMA-Aufnahmen des Staubrings (rot) und der Gasspiralen (blau) der zirkumstellaren Scheibe AB Aurigae zeigen gasförmige Spiralarme in einem breiten Staubspalt, die einen Hinweis auf die Planetenbildung geben. Von ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Tang et al. – https://www.almaobservatory.org/en/press-release/astronomers-found-spirals-inside-a-dust-gap-of-a-young-star-forming-disk/, CC BY 4.0, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=87359440
Obwohl ALMA ein mächtiges Werkzeug ist, ist SPHERE noch leistungsfähiger. Es kann das sehr schwache Licht von Staubkörnern und Emissionen sehen, die von der inneren Scheibe kommen. Astronomen konnten die Details in den Spiralen und den „Twist“ in ihrem Zentrum erkennen.
„Der Twist wird von einigen theoretischen Modellen der Planetenentstehung erwartet“, sagt Co-Autorin Anne Dutrey, ebenfalls am LAB. „Es entspricht der Verbindung zweier Spiralen – eine windet sich nach innen in die Umlaufbahn des Planeten, die andere erweitert sich nach außen – die sich am Standort des Planeten treffen. Sie ermöglichen, dass sich Gas und Staub von der Scheibe auf dem sich bildenden Planeten ansammeln und ihn wachsen lassen.“
Die Scheibe ist eine ausgeklügelte Struktur, und Astronomen haben viele andere Strukturen darin beobachtet. Zwei von ihnen waren von besonderem Interesse, in diesem Bild mit f1 und f2 gekennzeichnet. Beides sind SPHERE-Bilder, jedes mit einer anderen Intensitätsschwelle. Bildquelle: Boccaletti et al., 2020.
Es gibt zahlreiche Theorien, die die Geburt von Planeten am Twist Point unterstützen. „In der frühen Phase der Planetenentstehung zeigen hydrodynamische Simulationen, dass der Akkretionsprozess am Planetenstandort ein inneres und äußeres Spiralmuster erzeugt aufgrund von Lindblad-Resonanzen induziert durch Wechselwirkungen zwischen Scheibe und Planet“, schreibt das Team.
Aber die Beobachtungsbeweise, die das alles untermauern, war schwer zu finden. Diese Studie präsentiert einige der bisher besten Beobachtungen, die die Theorie untermauern.
In ihrer Schlussfolgerung schreiben die Autoren: „…die SPHERE-Beobachtungen von AB Aur im Streulicht kombiniert mit den ALMA-Daten im thermischen Regime liefern starke Beweise dafür, dass wir tatsächlich Zeugen einer fortlaufenden Planetenbildung sind, die durch die zugehörigen Spiralarme offenbart wird.“
Aber es ist noch nicht bewiesen. „Weitere Beobachtungen wären erforderlich, um dieses Ergebnis zu bestätigen und bessere Massenschätzungen für potenzielle Planeten an diesem Ort abzuleiten.“
Diese weiteren Beobachtungen dürften nicht allzu weit in der Zukunft liegen. Die ESOs Extrem großes Teleskop (ELT) soll 2025 das Licht der Welt erblicken. Mit a 39 Meter Spiegel , wird das ELT unsere astronomische Beobachtungsleistung enorm steigern.
„Wir sollten direkt und genauer sehen können, wie die Dynamik des Gases zur Entstehung von Planeten beiträgt“, schloss Erstautor Boccaletti.
Mehr:
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- Forschungsbericht: Mögliche Beweise für eine anhaltende Planetenentstehung in AB Aurigae
- Universum heute: Werden die Lücken in diesen Scheiben durch Planeten verursacht?
