Was genau ist ein „normales“ Sonnensystem? Wenn wir dachten, wir hätten in der Vergangenheit eine Idee, tun wir das jetzt definitiv nicht. Eine neue Studie von Astronomen der Universität Cambridge hat diese Tatsache bestätigt. Die neue Studie fand vier Gasriesenplaneten, ähnlich wie unser eigener Jupiter und Saturn, die einen sehr jungen Stern namens CI Tau umkreisen. Und einer der Planeten hat eine extreme Umlaufbahn, die mehr als tausendmal weiter vom Stern entfernt ist als der innerste Planet.
CI Tau ist ungefähr 500 Lichtjahre entfernt in einem sehr aktiven Teil der Galaxie, der als "Sternenkindergarten" bezeichnet wird. Mit nur 2 Millionen Jahren ist CI Tau in herausragender Hinsicht nur ein Kind. Unsere eigene Sonne ist ungefähr 5 Milliarden Jahre alt und hat weitere 5 Milliarden zu gehen, zu geben oder zu nehmen. CI Tau ist also zu jung, um die Art von Gasriesen zu haben, die es hat. Zumindest dachten wir.
Unser bestes Modell für die Bildung des Sonnensystems heißt Nebelhypothese und geht ungefähr so: Eine wirbelnde Wolke aus Gas und Staub wächst und gewinnt an Dichte, bis sie zu einem Stern zusammenbricht und die Fusion beginnt. Um diesen neu gebildeten Stern herum wirbelt der Rest des Gases und Staubes als protoplanetare Scheibe. Mit der Zeit verklumpt diese Materie und bildet andere Planeten, Monde und Asteroiden, und es gibt keine protoplanetare Scheibe mehr. Das ist eine sehr kurze Beschreibung, wie die Dinge laufen.
Es wird jedoch angenommen, dass dieser Prozess der Planetenbildung lange dauert, viel mehr als 2 Millionen Jahre. Ein Stern wie unsere Sonne kann sich in nur 1 Million Jahren bilden, aber die Bildung von Gasplaneten dauert zwischen 10 und 100 Millionen Jahre, und terrestrische Planeten brauchen noch länger.
„Saturn-Massenplaneten sollen sich bilden, indem sie zuerst einen festen Kern ansammeln und dann eine Gasschicht darüber ziehen. Diese Prozesse sollen jedoch in großen Entfernungen vom Stern sehr langsam sein. Die meisten Modelle werden Schwierigkeiten haben, Planeten dieser Masse in dieser Entfernung herzustellen. “ - Studienleiterin, Professorin Cathie Clarke, Institut für Astronomie der Universität Cambridge.
Dies ist nicht das erste Mal, dass CI Tau die Aufmerksamkeit der Astronomen auf sich zieht. Im Jahr 2016 entdeckten Astronomen einen heißen Jupiter, der den Stern umkreist. Dies machte es zum ersten Stern seines jungen Alters, der einen dieser brutzelnden Heißgasriesen hatte. Ein heißer Jupiter ist ein Gasriese im gleichen Massenbereich wie unser eigener Jupiter, der jedoch so nahe an seinem Stern umkreist, dass er sehr heiß ist. Heiße Jupiters sind rätselhaft, weil wir nicht verstehen, wie sie sich "in situ" oder so nah am Stern bilden können. Astronomen glauben, dass sich diese Arten von Planeten weiter vom Stern entfernt bilden und einwandern. Wie könnte dies in nur 2 Millionen Jahren geschehen?
In dieser neuen Studie hat ein Forscherteam der Universität Cambridge den Blick wieder auf CI Tau gerichtet. Sie verwendeten das Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA), um das CI Tau-System nach Geschwistern des heißen Jupiter zu durchsuchen. Was sie fanden, erhöhte nur das Geheimnis des Systems. Sie entdeckten drei weitere Gasriesen, die den Stern umkreisen, und einer von ihnen folgt einer weit entfernten Umlaufbahn, die tausendmal weiter vom Stern entfernt ist als der innerste Planet, der zuvor erwähnte heiße Jupiter. Dem Papier zufolge ist dies „… das massivste Ensemble von Exoplaneten, das jemals in diesem Alter entdeckt wurde“. Was bedeutet das alles?
"Es ist derzeit unmöglich zu sagen, ob die extreme Planetenarchitektur von CI Tau in heißen Jupitersystemen verbreitet ist ..." - Professor Cathie Clarke, Cambridge University Institute of Astronomy.
Derzeit sind wir uns nicht sicher. Rund 1% der Sterne beherbergen heiße Jupiter, aber die meisten bekannten heißen Jupiter sind hunderte Male älter als CI Tau. Wie können Astronomen erklären, was in diesem System passiert ist, da sich Planeten nach unserem Kenntnisstand nicht vor dem Stern bilden können?
„Es ist derzeit unmöglich zu sagen, ob die extreme Planetenarchitektur in CI Tau in heißen Jupiter-Systemen üblich ist, da die Art und Weise, wie diese Geschwisterplaneten durch ihre Wirkung auf die protoplanetare Scheibe erkannt wurden, in älteren Systemen, die nicht mehr vorhanden sind, nicht funktionieren würde eine protoplanetare Scheibe “, sagte Professor Cathie Clarke vom Cambridge Institute of Astronomy, der Erstautorin der Studie.
Hier gibt es genug Fragen, um ein Team von Astronomen für ihre gesamte Karriere zu beschäftigen. Den Forschern zufolge ist unklar, welche Rolle die Geschwisterplaneten gegebenenfalls dabei spielten, den innersten Planeten in seine ultra-nahe Umlaufbahn zu treiben. Es ist auch unklar, ob irgendein Mechanismus in diesem System derselbe ist, der heiße Jupiter im Allgemeinen macht. Und ein weiteres Rätsel ist, wie sich die beiden äußeren Planeten überhaupt gebildet haben.
"Planetenbildungsmodelle konzentrieren sich in der Regel darauf, die bereits beobachteten Planetentypen herstellen zu können, sodass neue Entdeckungen nicht unbedingt zu den Modellen passen", sagte Clarke. „Saturn-Massenplaneten sollen sich bilden, indem sie zuerst einen festen Kern ansammeln und dann eine Gasschicht darüber ziehen. Diese Prozesse sollen jedoch in großen Entfernungen vom Stern sehr langsam sein. Die meisten Modelle werden Schwierigkeiten haben, Planeten dieser Masse in dieser Entfernung herzustellen. “
Dies macht die Wissenschaft natürlich so überzeugend und effektiv. Astronomen beobachten etwas und erstellen ein Modell, um es zu erklären. Dann beobachten sie weiter und einige Entdeckungen verstärken das Modell, während andere es herausfordern. Das Modell wird also ständig aktualisiert und repräsentiert im Laufe der Zeit realistisch eine immer größere Stichprobe von Beobachtungen.
Astronomen werden dieses System weiter untersuchen, um zu versuchen, einige dieser Rätsel zu lösen. ALMA hat das Studium der protoplanetaren Scheiben revolutioniert, und die zukünftige Arbeit wird sich zweifellos wieder stark auf ALMA stützen. Es hat die Fähigkeit, Planeten abzubilden, die sich in protoplanetaren Scheiben bilden, die dunkle, schlecht beleuchtete Orte sind, in die man nur schwer sehen kann.
Seien Sie bereit, sich von dem, was ALMA sieht, überraschen zu lassen. Nochmal.
- Pressemitteilung der Universität Cambridge: „Riesenplaneten um junge Sterne werfen Fragen zur Entstehung von Planeten auf“
- Forschungsbericht: „Hochauflösende Millimeter-Bildgebung der protoplanetaren CI Tau-Scheibe: Ein massives Ensemble von Protoplaneten von 0,1 bis 100 au“
- Pressemitteilung der Rice University: „Astronomen finden einen riesigen Planeten um einen sehr jungen Stern“
- Wikipedia-Seite: Nebelhypothese
