Sofern Sie dies nicht in einem Flugzeug oder der Internationalen Raumstation lesen, befinden Sie sich derzeit auf der Oberfläche eines Planeten. Sie sind hier, weil der Planet hier ist. Aber wie ist der Planet hierher gekommen? Wie ein rollender Schneeball, der mehr Schnee aufnimmt, bilden sich Planeten aus losem Staub und Gas, das junge Sterne umgibt. Während die Planeten umkreisen, zieht ihre Schwerkraft mehr von dem verlorenen Material an und ihre Masse nimmt zu. Wir sind uns nicht sicherWennDer Prozess der Planetenentstehung beginnt in der Umlaufbahn neuer Sterne, aber wir haben unglaubliche neue Erkenntnisse aus einem der jüngsten jemals beobachteten Sonnensysteme namens IRS 63.
Der Rho-Ophiuchi-Wolkenkomplex ist ein Nebel aus Gas und Staub, der sich im Sternbild Ophiuchus befindet. Es ist eine der dem Sonnensystem am nächsten liegenden Sternentstehungsregionen, in der das junge Sternensystem IRS 63 beobachtet wurde
Ursuppe
Wirbeln im Orbit junger Sterne (oderProtosterne)sind massive Scheiben aus Staub und Gas, genanntzirkumstellare Scheiben.Diese Scheiben sind dicht genug, um undurchsichtig zu sein, um junge Sonnensysteme vor sichtbarem Licht zu schützen. Die vom Protostern ausgehende Energie erhitzt jedoch den Staub, der dann in Infrarotstrahlung glüht, die Hindernisse leichter durchdringt als Wellenlängen des sichtbaren Lichts. Tatsächlich bestimmt der Grad, in dem ein neu entstehendes Sternensystem entweder im sichtbaren oder infraroten Licht beobachtet wird, seine Klassifizierung. Protosterne der Klasse 0 sind vollständig umhüllt und können nur in Submillimeterwellenlängen beobachtet werden, die dem Ferninfrarot- und Mikrowellenlicht entsprechen. Klasse-I-Protosterne sind im fernen Infrarot beobachtbar, Klasse II im nahen Infrarot/Rot, und schließlich können die Oberfläche und das Sonnensystem eines Klasse-III-Protosterns im sichtbaren Licht beobachtet werden, da der verbleibende Staub und das Gas entweder durch die Zunahme weggeblasen werden Energie des Sterns UND/ODER hat sich zu PLANETEN gebildet! Von dort sind wir gekommen. Dieses übrig gebliebene Material, das neu entstehende Sterne umkreist, sammelt sich an, um die USA zu bilden. Der gesamte Prozess von Klasse 0 bis Klasse III, wenn das Sonnensystem seinen Staubkokon verlässt und sich der Galaxie anschließt, dauert etwa 10 Millionen Jahre. Aber in welchem Stadium beginnt die Planetenentstehung? Die jüngsten zirkumstellaren Scheiben, die wir beobachtet hatten, waren eine Million Jahre alt und hatten Beweise dafür gezeigt, dass die Planetenentstehung bereits begonnen hatte. Der kürzlich beobachtete IRS 63 ist weniger als 500.000 Jahre alt – Klasse I – und zeigt Anzeichen einer möglichen Planetenentstehung. Die Aufregung? Wir waren überrascht, so früh im Leben eines Sonnensystems Beweise für die Entstehung von Planeten zu sehen.
IRS 63 Zirkumstellare Scheibe C. ALMA / Segura-Cox et al. 2020
„Ob Planeten in der Scheibe von IRS 63 bereits existieren oder nicht, es ist klar, dass der Planetenbildungsprozess in den jungen protostellaren Phasen beginnt, früher als von aktuellen Planetenbildungstheorien vorhergesagt.“
- Segura-Coxet al. 2020
Das Bild oben zeigt den Protostar IRS 63, wie er von . abgebildet wurde ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) . ALMA kann durch die staubige Hülle der zirkumstellaren Scheibe blicken, die das Sternensystem umgibt. IRS 63 befindet sich 144 Parsec von der Erde entfernt (etwa 470 Lichtjahre) mit einem Scheibenradius von 82 AE (astronomische Einheiten oder die durchschnittliche Entfernung Erde-Sonne von 150 Millionen km). Obwohl wir noch jüngere Protosterne identifiziert haben, sind ihre Scheiben kantennah oder kantennah in Winkeln ausgerichtet, so dass es schwierig ist, ihre Merkmale zu beobachten. Aus unserer Sicht ist IRS 63 um 45 Grad zu uns geneigt und bietet einen Blick auf die frühen Stadien der Entstehung eines Sonnensystems. Um den Kontrast und die Detailgenauigkeit des Bildes zu verbessern, wurde ein Computermodell von IRS 63 erstellt, das „glatt“ war, als ob sich Staub und Gas ohne Störungen um den Stern angesammelt hätten – eine „perfekte“ Scheibe. Dieses Computermodell wurde dann vom tatsächlichen Bild subtrahiert, um die Unterschiede zwischen der realen Platte und der simulierten Platte zu verbessern.
Ein internationales Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Astronomer Dominqiue Segura-Cox vom Max-Planck-Institut beobachteten vier Schlüsselmerkmale innerhalb der Scheibe – zwei Ringe (R1 und R2) und zwei Lücken (G1 und G2). Der innere Ring R1 befindet sich in einem Radius von 27 AE mit einer Breite von 6 AE, während R2 in einem Radius von 51 AE mit einer Breite von 13 AE liegt. G1 befindet sich im Radius 19AU mit einer Breite von 3,2AU, während G2 im Radius 37AU mit einer Breite von 4,5AU liegt
Von links nach rechts: Das Original-IRS 63-Bild, das simulierte Bild und der resultierende Unterschied zwischen beiden, wodurch die Ring- und Lückenfunktionen verbessert werden. C. ALMA/Segura-Cox et al. 2020
Ring- und Lückenfunktionen von IRS 63 c. ALMA/Segura-Coxet al. 2020
Achte auf die Lücke
Die Spalt- und Ringmerkmale können auf die Planetenbildung oder die Prozesse hinweisen, die zur Planetenbildung führen. Es ist bekannt, dass Lücken, die in reiferen zirkumstellaren Scheiben beobachtet wurden, durch Protoplaneten verursacht werden, die Staub in klar beobachtbare Ringe „hüten“, während sie eine Lücke schnitzen, in der der Planet umkreist. Lücken bilden sich dort, wo Scheibenmaterial von der Schwerkraft des Protoplaneten eingefangen und in den Planeten selbst integriert wurde. Bei reiferen Disks der Klasse II zeigen die Lücken fast keine Infrarot-Staubemission, was bedeutet, dass sie fast staubfrei sind. Die Lücken des IRS 63 zeigen immer noch eine gewisse Staubemission, was bedeutet, dass sich immer noch Spuren von Staub in den Lücken befinden. Gibt es also Planeten, die IRS 63 umkreisen? Das Team sagt, die Antwort sei „mehrdeutig“. ABER, wenn die Lücken durch umkreisende Protoplaneten erzeugt werden, kann ihre Größe geschätzt werden. Die G1-Lücke könnte einen Planeten mit einer Masse von ungefähr 0,47 Jupiter beherbergen und G2 könnte einen Planeten mit einer Masse von 0,31 Jupiter beherbergen.
Ein Klingelton
Während die Lücken durch Akkretion von Protoplaneten herausgearbeitet werden könnten, könnten die Ringe auch Katalysatoren für die Bildung von Protoplaneten sein. In unseren Modellen der Planetenentstehung existiert ein Randproblem, das als „Radialdriftproblem“ bezeichnet wird. Reibung zwischen Staub in der Scheibe erzeugt einen Schleppeffekt, der dazu führt, dass der Staub an Schwung verliert und über den Radius der Scheibe in den Stern driftet oder „fällt“. Denken Sie weniger Umlauf und mehr einen Abfluss umkreisen. Aber offensichtlich haben wir Sternensysteme, also muss es einen natürlichen Prozess geben, der verhindert, dass der Staub in einem System spiralförmig in den Protostern gelangt. Die Ringstrukturen können das System retten. Die Ringe werden durch flüchtige Gase in der zirkumstellaren Scheibe gebildet, die durch die Energie des Sterns unter Druck gesetzt werden. Wenn Staub nach innen fällt, werden Gase in der Scheibe nach außen gedrückt und bilden eine Barriere, in der sich Staub ansammelt und sich zu Protoplaneten ansammeln kann.
Planetenentwicklung
Auch hier wissen wir nicht genau, ob Planeten oder Protoplaneten im wirbelnden Gas und Staub von IRS 63 existieren. Wenn Planeten existieren, ist das System zu jung, um sie direkt beobachten zu können. Das Forschungsteam sagt jedoch: „Wenn die Planetenentstehung bereits in der Scheibe von IRS 63 beginnt, dann wachsen und entwickeln sich wahrscheinlich Planeten und Protosterne von Anfang an zusammen.“ Noch früher als erwartet. Die Bilder von IRS 63 unterstützen auch Hypothesen über die Bildung von Gasriesen. Näher am Protostern werden Gase durch die Energie des Sterns erhitzt und angeregt, sodass sie nicht zu einem Protoplaneten verschmelzen können. Stattdessen müssten sich die Gase außerhalb des „Schneelinien“-Radius vom Stern ansammeln, wo sie gefroren sind und sich auf einer Planetenoberfläche sammeln können. Jupiter umkreist derzeit eine Umlaufbahn von 5,2 AE, aber Simulationen deuten darauf hin, dass er sich viel weiter draußen, bei fast 30 AE, gebildet und dann im Laufe der Zeit nach innen gewandert ist. Wenn die Lücken in IRS 63 auf die Bildung von Gasriesen hinweisen, würden sie mit Modellen übereinstimmen, die die Bildung von Jupiter in einem weiter entfernten Radius in unserem eigenen Sonnensystem vorhersagen.
Von allem, was ich über den Weltraum gelernt habe, ist diese Realität unserer Existenz immer die demütigendste und beeindruckendste: Die Erde, das Leben auf der Erde, du, ich – wir bestehen buchstäblich aus dem Staub und den Gasen der Sterne. Wir alle begannen, wie IRS 63, als eine wirbelnde Masse, die von fundamentalen Naturkräften zusammengetragen wurde, um Felsen und Ozeane und Wolken und Zellen und Beine und Flügel und Papier und Teleskope und Computer und Raumschiffe zu werden. Als Dr. Jill Tarter von EINSTELLEN sagt: „Wir, wir alle, sind das, was passiert, wenn sich ein Urgemisch aus Wasserstoff und Helium so lange entwickelt, dass es sich fragt, woher es kommt.“
Mehr zu erkunden:
Planetenentstehung im Säuglingsalter – Smithsonian Astrophysical Observatory
Wie entstehen Planeten? Semarkona-Meteorit zeigt einige Hinweise – Universe Today
Es gibt keinen chemischen Unterschied zwischen Sternen mit oder ohne Planeten – Universe Today
Wurde Jupiter jenseits der aktuellen Umlaufbahnen von Neptun und Pluto geboren? – PNAS Weitere Untersuchungen im mittleren Infrarot der jungen Sternpopulation der Rho-Ophiuchi-Wolke: Leuchtkraft und Massen von Sternen vor der Hauptreihenfolge – Astrophysical Journal
