V Menschen und Ereignisse - Max-Planck-Institut für Astronomie

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Abb. III.2.6: Junge Planeten in gasdominierten Scheiben wird
man über die Lücke entlang der Umlaufbahn des Planeten
nachweisen können. Außerdem wird vermutet, dass sich junge
Planeten durch den warmen Staub in ihrer Umgebung verraten.
Diese Bilder zeigen, wie die Lücke und die warme Region um
einen jungen Planet mit einer Jupitermasse im Abstand von 5 AE
vom Zentralstern aussehen würde, wenn wir ein solches
System in wenigen Jahren mit ALMA beobachten würden. Die
angenommene Entfernung beträgt 50 pc (links) bzw. 100 pc
(rechts). (Wolf und DʼAngelo 2005, ApJ)
können Oberflächentemperaturen von mehreren hundert
Kelvin, ja sogar bis über 1000 Kelvin aufweisen. Man
würde also in jedem Fall erwarten, dass die Materie in
der Region um den Planeten deutlich wärmer als das
umgebende Scheibenmaterial ist. Der Planet und seine
Umgebung sollten daher als heißer Punkt in der Scheibe
auffallen.
An dieser Stelle sind es wiederum numerische Simulationen,
mit welchen die tatsächliche Größenordnung dieses
Effektes sich quantifizieren lässt. Denn nur so wird
sich zum Schluss eine Aussage darüber treffen lassen, ob
wir nach den so genannten »Hot Spots« in der Scheibe
als den bisher auffälligsten Hinweisen auf Planeten suchen
sollten.
Die Ergebnisse der Simulationen sind ermutigend:
Tatsächlich hebt sich der warme, dichte Staub im
Einflussbereich des Planeten in den Submillimeter- und
Millimeter-Bildern deutlich von der staubarmen Lücke
ab (Abb. III.2.6). Und wieder werden sie sich mit ALMA
beobachten lassen. Einziger Wermutstropfen: Die Zahl
der Objekte, bei denen sinnvollerweise nach diesen
»Hot Spots« gesucht werden kann, ist etwas stärker eingeschränkt,
da diese Strukturen kleiner als die Lücken
selbst sind. Junge Sterne in Entfernungen von bis zu 100
pc werden auf der Beobachtungsliste stehen. Außerdem
müssen die ausreichend massereichen Planeten den Stern
in einem Abstand von einigen Astronomischen Einheiten
umkreisen: Ein junger Jupiter (Sonnenabstand: 5.2 AE)
könnte auf diese Weise gefunden werden.
0.5
mJy/beam
III.2 Staub im Computer: Numerisches zur Entstehung von Planeten 59
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0.05
Planeten in alten, entwickelten Staubscheiben
0.15
Abschließend wollen wir einen Blick auf Debris-
Scheiben werfen. Dies sind zirkumstellare Scheiben am
Ende ihrer Entwicklung, in denen die Entstehung von
Planetensystemen – wenn überhaupt vorhanden – bereits
abgeschlossen ist. Debris- oder Trümmerscheiben heißen
sie deshalb, weil neben den Planeten nur noch die Restprodukte
der Planetenentstehung – Kometen, Planetesimale
und Staub – vorhanden sind. Diese Scheiben sind optisch
dünn. Ihre Struktur ist daher neben der Gravitation
durch die Wechselwirkung der stellaren Strahlung mit
dem Staub bestimmt. Unser Sonnensystem kann als ein
Vertreter dieser Objektklasse angesehen werden.
Auch für die Beobachtung und damit für die Untersuchung
von Debris-Scheiben spielen mikrometergroße
Staubpartikel eine wesentliche Rolle. Allerdings handelt
es sich in diesen Scheiben nicht mehr um den Staub,
welcher ursprünglich aus der Muttermolekülwolke stammend
als Keim für die Entstehung von Planeten diskutiert
wird. Vielmehr handelt es sich um eine zweite
Generation von Staub, welcher durch die Kollision von
Planetesimalen ständig nachproduziert wird. Ebenso wie
der ursprüngliche Staub werden die neu produzierten
Staubkörner über den oben beschriebenen Einfluss des
Sterns ständig aus dem System entfernt: Entweder werden
die Staubkörner durch den Einfluss des so genannten
Poynting-Robertson-Effekts auf Spiralbahnen gezwungen,
die auf dem Stern enden – oder sie werden durch den
stellaren Strahlungsdruck aus der Scheibe »geblasen«.
Welcher Effekt dominiert, ist im Wesentlichen durch
die Größe und die chemische Zusammensetzung der
Staubteilchen vorgegeben.
Auch in Debris-Scheiben können massereiche Planeten
nicht unbemerkt ihre Bahnen ziehen. Im Gegensatz
zu den gasdynamischen Effekten, mit denen die
Wechselwirkung von Planeten mit jungen, gasdominierten
Scheiben beschrieben werden konnte, ist es hier
vielmehr der Einfluss der Gravitation der Planeten, welcher
den Staub in der Scheibe in auffällig strukturierte
0.3
mJy/beam