Ein neu entstandener Stern besitzt normalerweise eine Gas- und Staubscheibe, aus der sich Planeten entwickeln, wenn die Staubkörnchen miteinander kollidieren, zusammenhaften und wachsen. Sterne, die älter als etwa fünf Millionen Jahre sind, zeigen allerdings keine Hinweise auf diese Scheiben. Das deutet darauf hin, dass der Großteil der Scheibenmaterie in diesem Zeitraum entweder in Planeten oder kleinere Himmelskörper umgewandelt wurde, oder von dem Stern aufgenommen wurde, oder sich in dem System zerstreute.
Übergangsscheiben überbrücken diese Periode in der Scheibenentwicklung: Sie haben sich noch nicht zerstreut, und weil sie von dem Stern erwärmt werden, können sie in infraroten oder Millimeterwellenlängen registriert werden. Ihre Infrarotstrahlung kann verwendet werden, um ihre Eigenschaften zu charakterisieren. Sie weisen in den inneren Bereichen oft Leerräume auf. Astronomen interpretierten das manchmal als Anhaltspunkte für die Präsenz von Planeten, die ihre Umlaufbahnen von Staub befreit haben.
Die Modelle über die Interaktionen zwischen Planet und Scheibe sprechen jedoch dafür, dass solche Leerräume nur eine indirekte Folge der planetaren Säuberung sind. Was tatsächlich stattzufinden scheint, ist dass der Planet eine Lücke in dem Gas erzeugt und die Gasverteilung an deren äußeren Rändern dann die kleinen Staubkörnchen einfängt und einen Staubring produziert, der häufig asymmetrisch ist. Es gibt eine gewisse Unsicherheit in diesem Bild, weil andere Mechanismen ebenfalls einen Leerraum oder einen Staubring hervorbringen können. Dazu zählen beispielsweise die selektive Verdampfung von Staubkörnchen durch Sternlicht oder Instabilitäten im Staubring selbst. Die Bestimmung der Gasdichte innerhalb des Leerraums kann helfen, zwischen diesen Mechanismen zu unterscheiden.
Der Astronom Sean Andrews vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) und seine Kollegen nutzten das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), um Übergangsscheiben von vier relativ nahen, jungen Sternen zu untersuchen. Diese leistungsfähige Einrichtung kann Dimensionen in diesen Scheiben erfassen, die in der Größenordnung von nur 24 Astronomischen Einheiten liegen – sowohl was die kleinen Staubkörnchen betrifft, als auch das warme Gas. (Eine Astronomische Einheit ist die durchschnittliche Entfernung der Erde von der Sonne.) Die Wissenschaftler waren in der Lage, die Gasverteilung in allen vier Scheiben zu modellieren.
Sie stellten fest, dass der Gas-Leerraum dreimal kleiner als der Staub-Leerraum war, und dass die Gasdichte innerhalb des Leerraums im Vergleich zur Oberflächendichte mindestens um den Faktor 1.000 abfällt. Die Ergebnisse sprechen deutlich dafür, dass die Leerräume wirklich von umkreisenden Planeten geschaffen wurden.
Abhandlung: “Resolved Gas Cavities in Transitional Disks Inferred from CO Isotopologs With ALMA” von N. van der Marel, E. F. van Dishoeck, S. Bruderer, S. M. Andrews, K. M. Pontoppidan, G. J. Herczeg, T. van Kempen und A. Miotello, A&A, in press (2015).
Quelle: https://www.cfa.harvard.edu/news/su201550
(THK)
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