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Astropage.eu | Datum: 14.04.2012 - 00:05 | Fehler melden
Tags: Fomalhaut, Exoplanetensystem, Staubscheibe, Gravitation, Hubble
Kategorien: Astronomie Quelle

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ALMA liefert neue Erkenntnisse über den Staubring des Sterns Fomalhaut



Schematische Darstellung des Staubrings und seiner Schäfermonde (Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF)
Credit: Schematische Darstellung des Staubrings und seiner Schäfermonde (Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF)

Ein neues, noch im Bau befindliches Observatorium hat Astronomen zu einem wichtigen Durchbruch beim Verstehen eines nahen Planetensystems verholfen, der wertvolle Anhaltspunkte darüber geben kann, wie sich solche Systeme bilden und entwickeln. Die Wissenschaftler verwendeten das Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA), um zu entdecken, dass Planeten, die den Stern Fomalhaut umkreisen, viel kleiner sein müssen, als bislang gedacht.

Die Entdeckung half bei der Lösung einer Kontroverse unter früheren Beobachtern des Systems und wurde durch hochauflösende Bilder einer Staubscheibe (oder eines Staubrings) ermöglicht, die den 25 Lichtjahre von der Erde entfernten Stern umkreist. Die ALMA-Bilder zeigen, dass die innere und die äußere Kante der dünnen Staubscheibe sehr scharfe Ränder aufweisen. Diese Tatsache, kombiniert mit Computersimulationen, führte die Wissenschaftler zu der Schlussfolgerung, dass die Staubpartikel der Scheibe durch die gravitative Beeinflussung zweier Planeten innerhalb der Scheibe gehalten werden. Die beiden Planeten befinden sich näher am Stern als die Staubscheibe, beziehungsweise weiter von ihm entfernt als selbige.

Ihre Berechnungen gaben auch die wahrscheinliche Größe der Planeten an - größer als der Mars aber nicht größer als ein paar Erdgrößen. Das ist viel kleiner als Astronomen bislang gedacht hatten. Im Jahr 2008 hatte eine Aufnahme des Hubble Space Telescope (HST) den inneren Planeten enttarnt, der damals für größer als Saturn, der zweitgrößte Planet unseres Sonnensystems, gehalten wurde. Allerdings konnten spätere Beobachtungen mit Infrarotteleskopen den Planeten nicht registrieren.

Dieser Misserfolg führte manche Astronomen dazu, die Existenz des Planeten auf dem Hubble-Bild anzuzweifeln. Auch zeigte das in sichtbarem Licht aufgenommene Bild des Hubble-Teleskops sehr kleine Staubpartikel, die von der Strahlung des Sterns nach außen gedrückt werden und dadurch die Struktur der Staubscheibe verschleierten. Die ALMA-Beobachtungen in Wellenlängen, die größer als die von sichtbarem Licht sind, verfolgten größere Staubpartikel von etwa einem Millimeter Durchmesser, die von der Strahlung des Sterns nicht bewegt werden. Dies offenbarte deutlich die scharfen Ränder der Scheibe, was auf die gravitativen Effekte der beiden Planeten hindeutete.

Indem wir die ALMA-Beobachtungen der Ringgestalt mit Computermodellen kombinieren, können wir sehr genaue Aussagen über die Masse und die Umlaufbahn jedes Planeten in der Nähe des Rings treffen", sagte Aaron Boley, ein Sagan-Stipendiat an der University of Florida und Leiter der Studie. "Die Massen dieser Planeten müssen klein sein, sonst würden die Planeten den Ring zerstören", ergänzte er. Die geringen Größen der Planeten würden erklären, warum die früheren Infrarotbeobachtungen sie nicht registrieren konnten, sagten die Forscher.

Die ALMA-Forschung zeigt, dass die Breite des Rings etwa der 16-fachen Entfernung zwischen Sonne und Erde entspricht und dass seine Dicke nur ein Siebtel seiner Breite beträgt. "Der Ring ist sogar noch schmaler und dünner als bisher gedacht", sagte Matthew Payne von der University of Florida.

Der Ring ist circa 140 Mal weiter von dem Stern entfernt als die Erde von der Sonne. In unserem eigenen Sonnensystem ist Pluto 40 Mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde. "Wegen der geringen Größe der Planeten in der Nähe des Rings und wegen ihrer großen Entfernung von ihrem Zentralstern gehören sie zu den bislang kältesten Planeten, die einen normalen Stern umkreisen", sagte Boley.

Die Wissenschaftler beobachteten das Fomalhaut-System im September und Oktober 2011, als nur ein Viertel der 66 geplanten Antennen von ALMA verfügbar war. Wenn der Bau nächstes Jahr abgeschlossen ist, wird das komplette System wesentlich leistungsfähiger sein. Trotzdem zeigten ALMAs neue Fähigkeiten die verräterische Struktur, die sich früheren Beobachtern im Millimeter-Wellenlängenbereich entzogen hatte.

"ALMA mag sich immer noch im Bau befinden, aber es hat schon bewiesen, dass es das leistungsfähigste Teleskop der Welt für die Beobachtung des Universums im Millimeter- und Submillimeter-Wellenlängenbereich ist", sagte Stuartt Corder vom National Radio Astronomy Observatory, ein Mitglied des Beobachtungsteams. Die Wissenschaftler werden in einer kommenden Ausgabe der Astrophysical Journal Letters über ihre Ergebnisse berichten.


Der Staubring um den Stern Fomalhaut. Die ALMA-Daten sind oben in gelb dargestellt, der untere blaue Teil zeigt die Hubble-Daten. (A.C. Boley (University of Florida, Sagan Fellow), M.J. Payne, E.B. Ford, M. Shabran (University of Florida), S. Corder (North American ALMA Science Center, National Radio Astronomy Observatory), and W. Dent (ALMA, Chile), NRAO / AUI / NSF; NASA, ESA, P. Kalas, J. Graham, E. Chiang, E. Kite (University of California, Berkeley), M. Clampin (NASA Goddard Space Flight Center), M. Fitzgerald (Lawrence Livermore National Laboratory), and K. Stapelfeldt and J. Krist (NASA Jet Propulsion Laboratory))

Die Auswirkungen von Planeten oder Monden auf die Kantenschärfe von Staubringen wurde erstmals beobachtet, als die Raumsonde Voyager 1 im Jahr 1980 am Saturn vorbeiflog und detaillierte Aufnahmen seines Ringsystems machte. Ein Ring des Planeten Uranus wird durch die Monde Cordelia und Ophelia in exakt derselben Weise scharf abgegrenzt, wie die ALMA-Beobachter es für den Staubring um Fomalhaut vermuten. Die Monde, welche die planetaren Ringe abgrenzen, werden als Schäfermonde bezeichnet.

Die Monde oder Planeten, die solche Staubringe begrenzen, tun dies durch gravitative Beeinflussung. Ein Planet innerhalb des Rings umkreist den Stern schneller als die Staubpartikel in dem Ring. Seine Gravitation verleiht den Teilchen zusätzliche Energie und drückt sie nach außen. Ein Planet außerhalb des Rings bewegt sich langsamer als die Staubpartikel und seine Gravitation verringert die Energie der Teilchen, was sie ein wenig nach innen fallen lässt.

Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA), eine internationale astro-nomische Einrichtung, ist eine Partnerschaft Europas, Nordamerikas und Ostasiens in Zusammenarbeit mit der Republik Chile. ALMA wird in Europa von der European Organization for Astronomical Research in the Southern Hemisphere (ESO) finanziert. In Nordamerika erfolgt die Finanzierung durch die U.S. National Science Foundation (NSF) in Kooperation mit dem National Research Council of Canada (NRC) und dem National Science Council of Taiwan (NSC). In Ostasien wird ALMA von den National Institutes of Natural Science of Japan (NINS) in Zusammenarbeit mit der Academia Sinica (AS) in Taiwan finanziert. Die Konstruktion und Operationen von ALMA werden im Aufrag Europas von der ESO und im Auftrag Nordamerikas von dem National Radio Astronomy Obervatory geleitet, das von Associated Universities Inc (AUI) betrieben wird. Seitens Ostasien wird das Projekt vom National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) geleitet. Das Joint ALMA Observatory (JAO) übernimmt die Gesamtleitung und das Management der Konstruktion, Inbetriebnahme und Operationen von ALMA.

Das National Radio Astronomy Observatory ist eine Einrichtung der National Science Foundation und wird von Associated Universities Inc. geleitet.

(THK)



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