Chile: Astronomen entdecken „Kometenfabrik“

Ein Astronomenteam mit Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Extraterrestrische Physik in Garching und des Instituts für Theoretische Astrophysik am Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg hat mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) eine Region um einen jungen Stern aufgenommen, in der Staubpartikel langsam anwachsen können, indem sie zusammenklumpen. Damit konnte eine solche Staubfalle erstmals eindeutig beobachtet und modelliert werden. Das lange Jahre ungeklärte Rätsel wie Staubteilchen in den Scheiben um junge Sterne zu größeren Objekten anwachsen können, aus denen schließlich Kometen, Planeten und andere Körper aus Gestein werden, konnte damit nun gelöst werden. Die Ergebnisse erscheinen am 7. Juni 2013 in der Fachzeitschrift Science.

Zwar wissen Astronomen mittlerweile, dass es Unmengen von Planeten um andere Sterne gibt, man versteht aber noch nicht vollständig, wie sie eigentlich entstehen. Auch viele Aspekte bei der Bildung von Kometen und anderen gesteinsartigen Objekten waren bislang ein Rätsel. Neue Beobachtungen, die die Leistungsfähigkeit von ALMA ausnutzen, können nun eine der wichtigsten dahingehenden Fragen beantworten: Wie schaffen es winzige Staubkörnchen in den Scheiben um junge Sterne immer größer zu werden – und schließlich zu Steinen oder sogar Felsbrocken von über einem Meter Durchmesser anzuwachsen?

Computermodelle lassen vermuten, dass Staubkörner wachsen, wenn sie zusammenstoßen und aneinander kleben bleiben. Wenn jedoch größere Staubkörner bei hohen Geschwindigkeiten miteinander kollidieren, werden sie oft wieder in kleine Stückchen zerschlagen und fangen somit wieder bei Null an. Aber selbst wenn das nicht passiert, zeigen Modelle, dass sich die größeren Staubkörner aufgrund der Reibung zwischen Staub und Gas in der Scheibe, in der sie sich befinden, schnell zu deren Zentrum bewegen und schließlich auf ihren Mutterstern fallen würden, so dass sie ebenfalls keine Chance hätten größer zu werden.

Der Staub braucht also eine Art sicheren Hafen, in dem Staubteilchen weiter wachsen können, bis sie groß genug sind, um weiter bestehen zu können. Solche „Staubfallen” wurden zwar schon zuvor als Lösung vorgeschlagen, aber bislang gab es keine Beobachtungen, die ihre Existenz belegt haben.

Nienke van des Marel, eine Doktorandin an der Sternwarte in Leiden in den Niederlanden und Erstautorin des Fachartikels, in dem die neuen Ergebnisse präsentiert werden, hat zusammen mit anderen Astronomen mit ALMA die Scheibe in einem Sternsystem namens Oph-IRS 48 untersucht. Das Team fand heraus, dass der Stern von einem Ring aus Gas mit einem Loch umgeben war, das vermutlich von einem unsichtbaren Planeten oder einem Begleitstern verursacht worden war. Frühere Beobachtungen mit dem Very Large Telescope der ESO hatten bereits gezeigt, dass kleine Staubteilchen dort eine ähnliche Ringstruktur bilden. Doch die neuen ALMA-Aufnahmen von dem Ort, an dem die millimetergroßen Staubteilchen gefunden wurden, sah vollkommen anders aus.

„Wir waren wir von der Verteilung des Staubs auf dem Bild vollkommen überrascht”, erzählt van der Marel. „Anstatt des Rings, den wir erwartet hatten, sieht man die Form einer Cashewnuss! Wir mussten uns erstmal selbst davon überzeugen, dass diese Struktur auch wirklich echt ist. Das starke Signal und die Schärfe der ALMA-Aufnahmen lassen daran aber keinen Zweifel. Erst danach haben wir begriffen, was wir da entdeckt hatten.”