Ein Forschungsteam unter Leitung des Southwest Research Institute (SwRI) untersuchte die Ausrichtung von fernen Himmelskörpern im Sonnensystem, um die Theorie der Strömungsinstabilität bei der Planetenentstehung zu untermauern.
“Einer der am wenigsten verstandenen Schritte beim Planetenwachstum ist die Bildung von Planetesimalen – das sind Himmelskörper mit Durchmessern von mehr als einem Kilometer, die gerade groß genug sind, um durch die Gravitation zusammengehalten zu werden”, sagte Dr. David Nesvorny vom SwRI. Nesvorny ist der Hauptautor der Abhandlung mit dem Titel “Trans-Neptunian Binaries as Evidence for Planetesimal Formation by the Streaming Instability“, die im Journal Nature Astronomy veröffentlicht wurde.
Während der ersten Phasen des Planetenwachstums kollidieren Staubkörnchen miteinander und haften chemisch zusammen, um größere Teilchen zu bilden. Wenn die Körnchen größer werden, werden die Kollisionen jedoch wahrscheinlich gewaltiger und zerstörerischer. Forscher hatten Probleme zu verstehen, wie das Planetenwachstum die “Meter-Grenze” überschreitet.
Die Theorie der Strömungsinstabilität besagt folgendes: Wenn große Staubkörnchen mit dem Gas im Orbit um junge Sterne wechselwirken, dann lassen Strömungsmechanismen Körnchen zu dichteren Regionen zusammenklumpen und unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabieren, um Planetesimale zu bilden.
Das Team untersuchte Objekte jenseits von Neptun, die sich im Kuipergürtel befinden und einander als Paare umkreisen. Im Gegensatz zu Kometen, die von Jupiter beschleunigt wurden, oder Asteroiden, die Kollisionen erfuhren und von Strahlung bombardiert wurden, blieb der Kuipergürtel seit seiner Entstehung fast unberührt. Daher geben diese primordialen Objekte Hinweise auf das frühe Sonnensystem. Wenn sich ein Paar in der gleichen Richtung umkreist, wie die Planeten die Sonne umkreisen, wird es als prograd bezeichnet. Wenn es in gegenläufige Richtung rotiert, nennt man es retrograd.
Mit dem Weltraumteleskop Hubble und dem Keck Observatory auf Hawaii stellte das Team fest, dass die meisten Doppelsysteme (etwa 80 Prozent) prograd rotieren. Dieses Ergebnis widersprach der Theorie, laut der Doppelsysteme entstehen, wenn zwei einander passierende Planetesimale sich gegenseitig einfangen, um ein Doppelsystem zu bilden. Diese Theorie sagt hauptsächlich retrograde Umlaufbahnen voraus.
Um zu prüfen, ob die Strömungsinstabilität diese Doppelsysteme im Kuipergürtel erklären könnte, analysierte das Team Simulationen auf großen Supercomputern. Die Wissenschaftler stellten fest, dass die von der Strömungsinstabilität erzeugten dichten Klumpen 80 Prozent der Zeit prograd rotierten, was mit den Objekten im Kuipergürtel übereinstimmte.
“Obwohl unsere Simulationen noch nicht den gesamten Kollaps bis zur Entstehung von Doppelsystemen verfolgen können, scheinen wir auf der richtigen Spur zu sein”, sagte Dr. Jacob B. Simon vom SwRI, der Co-Autor der Studie.
“Das Sonnensystem bietet viele Anhaltspunkte darüber, wie Planeten entstanden – sowohl um unsere Sonne als auch um ferne Sterne”, sagte Nesvorny. “Diese Hinweise können zwar schwer zu interpretieren sein, aber Beobachter und Theoretiker arbeiten gemeinsam daran, diese Hinweise zu verstehen, und die Belege sprechen größtenteils für prograd.”
(THK)
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