Viele Planetensysteme bestehen nicht nur aus einem Zentralstern und den darum kreisenden Planeten, sondern auch aus sogenannten Trümmerscheiben. In diesen Zonen befinden sich Kleink?rper wie Asteroiden – und auch jede Menge Staub, der entsteht, wenn Gesteinsbrocken miteinander kollidieren. Das Sonnensystem umschlie?t beispielsweise jenseits der Umlaufbahn des Neptuns der sogenannte Kuipergürtel, in dem sich gr??ere Trümmer langsam zu Staub zermahlen.

Einem internationalen Team aus rund 60 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern – darunter Astronominnen und Astronomen der Friedrich-Schiller-Universit?t Jena – ist es nun gelungen, 24 dieser Trümmerscheiben in ihren Planetensystemen hochaufl?send abzubilden. Für die Aufnahmen nutzte das Projekt ?ALMA survey to Resolve exoKuiper belt Substructures (ARKS)? das Radio-Observatorium ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) in der chilenischen Atacamawüste. ?ber ihre Ergebnisse berichten die Forschenden in mehreren Ver?ffentlichungen in der Fachzeitschrift ?Astronomy and Astrophysics?.

Die meisten abgelichteten Planetensysteme sind dabei jünger als 100 Millionen Jahre und befinden sich somit in einem frühen Stadium ihrer Entwicklung, in dem die Herausbildung von Riesenplaneten gerade abgeschlossen ist, w?hrend erd?hnliche Planeten m?glicherweise noch entstehen. Zum Vergleich: Das Sonnensystem ist etwa 4,5 Milliarden Jahre alt.

?Dank dieser neuen Bilder erhalten wir so detailreiche Einblicke in und neue Perspektiven auf weit entfernte Planetensysteme wie nie zuvor?, sagt Dr. Torsten L?hne von der Universit?t Jena, der am Projekt beteiligt war. ?Wir haben hier 24 verschiedene Aufnahmen in nie dagewesener Genauigkeit und Qualit?t, durch die wir viel mehr darüber erfahren, wie die Trümmerscheiben und ihre Planetensysteme aufgebaut sind?, erg?nzt sein Jenaer Kollege Prof. Dr. Alexander Krivov. ?Au?erdem verraten sie uns viel über die Entstehungsprozesse des jeweiligen Systems und erlauben m?glicherweise Rückschlüsse darauf, wie sich unser Sonnensystem entwickelt hat.?

Vielfalt der Scheiben

Besonders fasziniert zeigen sich die Forschenden von der unerwarteten Vielfalt der Erscheinungsformen. Die Trümmerscheiben k?nnen nicht nur aus einzelnen Ringen bestehen, sondern auch Strukturen aus mehreren Ringen mit ganz unterschiedlichen Abst?nden zueinander bilden, breite Halos – also ausgedehnte Hüllen – oder gr??ere Klumpen innerhalb der Ringe. ?Das grobe Erscheinungsbild und die Tatsache, dass wir in etwa einem Fünftel aller Planetensysteme eine solche Scheibe erkennen k?nnen, beweist eine gewisse ?hnlichkeit der Systeme und ihrer Entstehungsprozesse?, sagt Alexander Krivov. ?Doch die Vielfalt der Trümmerscheiben legt nahe, dass individuelle Planetensysteme sehr unterschiedliche Entwicklungswege durchlaufen. Was diese Vielfalt verursacht, das gilt es nun herauszufinden.??

Die Jenaer Expertinnen und Experten modellieren deshalb zum Beispiel die Kollisionsprozesse innerhalb eines Gürtels. So wollen sie herausfinden, was den auf den Bildern sichtbaren Staub mit den unsichtbaren Asteroiden verbindet und wie die Planeten wiederum das Erscheinungsbild einer Trümmerscheibe beeinflussen und etwa ein Zwei-Ring-System entstehen lassen.

Für weitere Erkenntnisse verma?en die Astronominnen und Astronomen die Scheiben sehr genau und erfassten etwa ihre radiale und vertikale Ausdehnung. Hierbei zeigt sich, wie stark sich Staub und Asteroiden in der Scheibe bewegen und mit welchen Geschwindigkeiten sie zusammensto?en – je schneller sie sich bewegen, desto weiter dehnen sich die Scheiben aus und umso mehr Staub wird produziert. Was aber die unterschiedlichen Geschwindigkeiten beeinflusst, das gilt es in weiterer Forschung herauszufinden.

Methoden zur Entdeckung von Planeten

Au?erdem liefern Daten aus den Trümmerscheiben wertvolle Informationen über die Planeten in ihrer Umgebung – auch wenn die meisten bisher unbekannt sind. ?In nur einem Drittel der abgebildeten Systeme kennen wir schon mindestens einen Planeten. Generell vermuten wir aber, dass sich auf den Bildern in den leeren R?umen, die vom orangefarbenen Staub eingefasst sind, immer Planeten befinden?, erkl?rt Torsten L?hne. ?Ihre Spuren k?nnen wir zum Beispiel in der Beschaffenheit der Scheibenkanten ablesen.?

??Aktuelle Beobachtungsmethoden begünstigen vor allem die Entdeckung von Planeten, die sich sehr nah am Stern befinden. Diese k?nnen aber selten die Unregelm??igkeiten in den Trümmerscheiben erkl?ren, da sie zu weit von ihnen entfernt sind?, erkl?rt Alexander Krivov. ?Mithilfe der neu gewonnenen Informationen k?nnen wir also m?glicherweise Methoden entwickeln, durch die wir Planeten finden, die sich eher am Rand eines Planetensystems befinden und die uns bisher verborgen geblieben sind.?

Gas in den Trümmerscheiben

Weitere Erkenntnisse erhoffen sich die Jenaer Astronominnen und Astronomen aus der genaueren Betrachtung der einzelnen Systeme. So wiesen sie in einigen von ihnen Gas nach, überwiegend Kohlenstoffmonoxid, das auf den Bildern blau erscheint und viel über seine Umgebung aussagen k?nnte. ?Wir vermuten, dass das Gas w?hrend der Kollisionen der Gesteinsk?rper freigesetzt wird. Wenn wir noch mehr darüber herausfinden, wie dieses Gas zusammengesetzt ist, dann k?nnen wir daraus eventuell ableiten, aus welchen Materialien die benachbarten Planeten und Asteroiden bestehen?, sagt Alexander Krivov.