Neue Studie enthüllt, wie Planetensysteme wie das unsere entstanden sind

Die Sterne formen die Planetensysteme, die sie umgeben. Dieses Phänomen gilt nicht nur für uns, sondern auch für die anderen Sterne in dem riesigen Universum. Einige massereiche Sterne sind jedoch noch wichtiger für den Prozess der Planetenbildung.

In ihrem Jugendstadium sind die Sterne von einer Ansammlung von Gas und Staub umgeben, die als protoplanetare Scheibe bekannt ist. In diesen Scheiben werden die Planeten geboren und wachsen über Millionen von Jahren.

Doch nicht alle Sterne sind gleich: Ihre Massen und Strahlungsemissionen variieren, was die Entstehung von Planeten oder sogar deren Existenz stark beeinflusst.

Neue Beweise dafür, wie massereiche Sterne neue Systeme formen, wurden in einem Wissenschaftsartikel in der Zeitschrift Science mit dem Titel "A flow of photoevaporation driven by distant ultraviolet observed in a protoplanetary disk" vorgestellt.

Giganten, Gase und Baumschulen

Der Hauptautor dieser Studie, Olivier Berne, vom Forschungsinstitut für Astrophysik und Planetologie der Universität Toulouse in Frankreich, hat sich in den ersten Millionen Jahren seines Lebens auf große Sterne konzentriert.

Diese Sterne sind nicht nur jung, sondern auch extrem hell, die Studie konzentriert sich auf mehrere Sterne im Orionnebel und seinen Kinderstuben. Diese massereichen Sterne (mindestens zehnmal schwerer als unsere eigene Sonne und 10.000-mal heller), spielen eine entscheidende Rolle bei der Entstehung von Planeten.

Wie wirken sich ihre Leuchtkraft und die intensive Strahlung, die sie aussenden, auf die protoplanetaren Scheiben aus? Diese jungen und starken Sterne emittieren ein hohes Maß an ultravioletter Fernstrahlung (FUV), die in der Lage ist, den Planetenscheiben einen Teil ihrer Masse zu entziehen.

Dieses Phänomen ist nicht auf seine unmittelbare Umgebung beschränkt, sondern erstreckt sich auf die Scheiben, die benachbarte Sterne mit geringerer Masse umgeben. Der kosmische Tanz zwischen den Sternen und ihren protoplanetaren Scheiben beeinflusst also die Entstehung und das Schicksal von Welten in der Entstehung.

Die Größe spielt eine Rolle

Theoretische Modelle zeigen, dass die von massereichen Sternen ausgesandte FUV-Strahlung in den protoplanetaren Scheiben, die massearme Sterne umgeben, Photodissoziationsregionen (PDR) erzeugt. Diese Scheiben, die aus Gas und Staub bestehen, sind die Kinderstuben, in denen die Planeten geboren werden.

Um dieses Phänomen zu untersuchen, konzentrierten sich die Wissenschaftler auf eine protoplanetare Scheibe im Trapeped-Haufen, im Herzen des Orionnebels. Hier wurden fünf helle Sterne mit einer Masse zwischen dem 15- und 30-fachen unserer Sonne zu den Protagonisten dieser Studie.

Diese Strahlung zerstreut die Materie in der Scheibe und behindert die Bildung von Planeten. Tatsächlich deuten Forschungen darauf hin, dass die Entstehung eines Planeten mit der Masse des Jupiters auf dieser Scheibe auf Grund der zerstörerischen Wirkung der Strahlung unmöglich ist.

Existieren oder nicht existieren

Die Planetenentstehung stößt an Grenzen, die durch Prozesse verursacht werden, die der Scheibe Masse entziehen, wie etwa die Photoverdampfung. Dieses Phänomen tritt auf, wenn die oberen Schichten der protoplanetaren Scheiben durch Röntgenstrahlen oder ultraviolette Photonen erhitzt werden.

Sobald das erhitzte Gas die nötige Geschwindigkeit erreicht hat, um aus der Scheibe zu entkommen, verlässt es das System und hinterlässt seine Spuren im kosmischen Tanz zwischen den Sternen und den Welten im Werden.

In dem großen kosmischen Szenario sind die protoplanetaren Scheiben, die die jungen Sterne umgeben, keine einfachen trägen Ringe aus Gas und Staub. Vielmehr handelt es sich um dynamische Szenarien, in denen Strahlung und Gravitationskräfte in einer kosmischen Choreographie tanzen.

Wenn die Strahlung die Masse aus der Scheibe vertreibt, verschwindet sie nicht vollständig. Stattdessen sammelt sie sich in einer diffusen Hülle um die Scheibe an, wie ein Schleier aus zerstreuter Materie.

Ultraviolette Strahlung?

Entfernte ultraviolette Strahlung (FUV), die von massereichen Sternen ausgesandt wird, dissoziiert Wasserstoffmoleküle und verwandelt sie in atomaren Wasserstoff. Wenn Wasserstoff seine atomare Form annimmt, erhitzt er sich und diese Hitze treibt seine Verdampfung an.

Wenn der Zentralstern massereicher ist, spielt seine Schwerkraft eine entscheidende Rolle. Sie trägt dazu bei, den Verlust von Wasserstoff aus der Scheibe zu begrenzen, und wirkt wie ein Wächter, der einen Teil der Materie zurückhält. Diese Reserve an verfügbarem Material kann für die Bildung von Planeten entscheidend sein.

In nur 0,13 Millionen Jahren wird der Scheibe genug Material entzogen, um die Bildung eines Planeten mit einer Masse ähnlich der des Jupiters zu verhindern. Überraschenderweise ist dieser Prozess sogar schneller als die anfängliche Bildung von Planeten.

Aber die starke FUV-Strahlung und die PDRs verhindern nicht nur die Entstehung von Gasriesen. Sie prägen auch andere Aspekte des zukünftigen Systems. Sie wirken sich auf die Masse, den Radius und die Lebensdauer der Scheibe aus, beeinflussen ihre chemische Entwicklung und bestimmen das Wachstum und die Wanderung eines Planeten, der sich in diesem stellaren Pulver bildet.