ALMA entdeckt Trio von Baby-Planeten

Zwei unabhängige Astronomenteams haben mit ALMA überzeugende Belege dafür gefunden, dass sich drei junge Planeten im Orbit um den Säuglingsstern HD 163296 befinden. Mit einer neuartigen Technik zur Planetenentdeckung identifizierten die Astronomen drei Störungen in der gasgefüllten Scheibe um den jungen Stern: der bisher stärkste Hinweis darauf, dass sich dort neu gebildete Planeten auf ihren Umlaufbahnen bewegen. Es wären die ersten Planeten, die mit ALMA entdeckt wurden.

Das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) im südamerikanischen Land Chile hat unser Verständnis von protoplanetaren Scheiben – den gas- und staubgefüllten Planetenfabriken, die junge Sterne umgeben – verändert. Die Ringe und Lücken in diesen Scheiben liefern faszinierende Indizien für das Vorhandensein von Protoplaneten. Aber auch andere Phänomene könnten für diese verlockenden Eigenschaften verantwortlich sein.

Aber jetzt haben zwei Astronomenteams mithilfe einer neuartigen Planetensuchtechnik, die ungewöhnliche Muster im Gasfluss innerhalb einer planetenbildenden Scheibe um junge Sterne herum identifiziert, jeweils eindeutige, verräterische Merkmale von neu gebildeten Planeten bestätigen können, die einen neugeborenen Stern umkreisen.

„Die Messung des Gasflusses innerhalb einer protoplanetaren Scheibe gibt uns viel mehr Sicherheit, dass Planeten um einen jungen Stern herum vorhanden sind“, erklärt Christophe Pinte von der Monash University in Australien und dem Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble (Université de Grenoble-Alpes/CNRS) in Frankreich und Erstautor einer der beiden Arbeiten. „Diese Technik bietet eine vielversprechende neue Richtung, um zu verstehen, wie Planetensysteme entstehen.“

Für ihre jeweiligen Entdeckungen analysierten beide Teams ALMA-Beobachtungen von HD 163296, einem jungen Stern etwa 330 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Schütze. Dieser Stern hat etwa die doppeltewie die Masse der Sonne, ist aber nur vier Millionen Jahre alt – nur ein Tausendstel des Alters der Sonne.

„Wir haben die lokale, kleinskalige Bewegung des Gases in der protoplanetaren Scheibe des Sterns betrachtet. Dieser völlig neue Ansatz könnte einige der jüngsten Planeten in unserer Galaxie sichtbar machen, alles dank der hochauflösenden Bilder von ALMA“, erläutert Richard Teague, Astronom an der University of Michigan und Erstautor des zweiten Fachartikels.

Anstatt sich auf den Staub in der Scheibe zu konzentrieren, der in früheren ALMA-Beobachtungen klar abgebildet wurde, untersuchten die Astronomen stattdessen Kohlenmonoxid-Gas (CO), das sich über die Scheibe ausbreitet. CO-Moleküle emittieren charakteristische Strahlung bei Millimeterwellenlängen, die ALMA sehr genau beobachten kann. Subtile Veränderungen der Wellenlänge dieses Lichts durch den Dopplereffekt zeigen die Bewegungen des Gases in der Scheibe.

Das Team um Teague identifizierte zwei Planeten, die etwa 12 Milliarden und 21 Milliarden Kilometer vom Stern entfernt liegen. Das andere Team, angeführt von Pinte, identifizierte einen Planeten etwa 39 Milliarden Kilometer vom Stern entfernt.

Die beiden Teams verwendeten Variationen der gleichen Technik, die nach Anomalien im Gasstrom sucht – wie die wechselnden Wellenlängen der CO-Emission zeigen – die darauf hindeuten, dass das Gas mit einem massereichen Objekt interagiert.

Die von Teague verwendete Technik, die durchschnittliche Schwankungen im Gasfluss von nur wenigen Prozent ergab, zeigt den Einfluss mehrerer Planeten auf die Gasbewegungen näher am Stern. Die von Pinte verwendete Technik, die den Durchfluss des Gases direkter misst, ist besser geeignet, den äußeren Teil der Scheibe zu untersuchen. Dies erlaubte den Autoren, den dritten Planeten genauer zu lokalisieren, lässt sich aber auf Abweichungen in der Strömung anwenden, die größer als etwa 10% sind.

In beiden Fällen identifizierten die Forscher Bereiche, in denen die Strömung des Gases nicht zu seiner Umgebung passt – ein wenig wie Wirbel um einen Felsen in einem Fluss. Indem sie diese Bewegung sorgfältig analysierten, konnten sie deutlich den Einfluss von planetaren Körpern erkennen, die in ihrer Masse dem Jupiter ähneln.

Die neue Technik erlaubt es den Astronomen, die Protoplanetenmassen genauer abzuschätzen und liefert mit geringerer Wahrscheinlichkeit falsch positive Resultate. „Wir bringen ALMA jetzt in den Bereich der Planetenerkennung“, kommentiert Ted Bergin, Ko-Autor von der University of Michigan.

Beide Teams werden ihre Methoden weiter verfeinern und auf andere Scheiben anwenden, um besser zu verstehen, wie Atmosphären entstehen und welche Elemente und Moleküle einem Planeten bei seiner Geburt zugeführt werden.