Neue Erkenntnisse zur Staubscheibe des Sterns HD 206893

Illustration einer Staubscheibe um einen Stern. (Credits: NAOJ)
Illustration einer Staubscheibe um einen Stern. (Credits: NAOJ)

Trümmerscheiben um Hauptreihensterne sind große Staubgürtel, die vermutlich entstehen, wenn Asteroiden oder andere Planetesimale kollidieren und auseinanderbrechen. Sie kommen häufig vor: Mehr als etwa ein Viertel aller Hauptreihensterne besitzen solche Trümmerscheiben und weil diese Scheiben schwer zu entdecken sein können, ist es wahrscheinlich, dass der Anteil sogar noch höher ist.

Aktuelle Instrumente können solche Trümmerscheiben nur in Systemen entdecken, die mindestens eine Größenordnung heller sind als die Scheibe, die vom Kuipergürtel des Sonnensystems gebildet wird. Das ist die Region, die sich von jenseits der Neptunbahn bei etwa 30 Astronomischen Einheiten bis in eine Distanz von etwa 50 Astronomischen Einheiten erstreckt.

Der Staub in diesen Scheiben ist eigene Untersuchungen wert, aber bietet auch eine Möglichkeit, die Eigenschaften von Planetensystemen festzustellen. Die größten Staubkörnchen (bis zu einem Millimeter groß), deren kollektive Wärmestrahlung mit Teleskopen wie ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) gemessen wird, werden von stellaren Winden oder dem Strahlungsdruck relativ wenig beeinflusst. Stattdessen offenbart ihre Verteilung die Auswirkungen der Gravitation und Kollisionen.

Die “chaotische Zone” ist die ausgedehnte Region um einem Planeten, in der Staub keine stabilen gravitationsbedingten Umlaufbahnen hat. Das resultiert in einer Lücke, deren Breite unter anderem von der Masse des Planeten abhängt. Ein Planet in einer Scheibe kann eine solche Lücke erschaffen und Messungen der Größe der Lücke können daher verwendet werden, um die Masse des Planeten abzuleiten. Das ist ein Schlüsselparameter von Exoplaneten, der sonst schwer zu messen ist.

Die Astronomen Sean Andrews und David Wilner vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) waren Mitglieder eines Teams, das ALMA für die Untersuchung der bekannten Scheibe um den Stern HD 206893 nutzte, rund 135 Lichtjahre entfernt. Der Stern besitzt auch einen Begleiter – einen Braunen Zwerg, der ihn in ungefähr zehn Astronomischen Einheiten Abstand umkreist. Die Masse des Braunen Zwergs liegt zwischen 15 und 30 Jupitermassen.

Die ALMA-Bilder lösen die Scheibe räumlich auf; sie reicht von 50 bis 185 Astronomischen Einheiten. Die Astronomen fanden Belege für ein Lücke zwischen 63 und 94 Astronomischen Einheiten Abstand zum Stern. Falls die Lücke durch einen einzelnen Planeten in einer kreisförmigen Umlaufbahn erschaffen wurde, dann besagt die Theorie der chaotischen Zone, dass der Planet eine Masse von rund 1,4 Jupitermassen aufweisen und im Abstand von 79 Astronomischen Einheiten kreisen sollte. Zukünftige ALMA-Beobachtungen mit besserer Auflösung haben das Potenzial, das dynamische Verhalten des Braunen Zwergs einzugrenzen und die Einordnung des abgeleiteten neuen Planeten zu verbessern.

Abhandlung: “Resolving Structure in the Debris Disk around HD 206893 with ALMA” von Ava Nederlander, A. Meredith Hughes, Anna J. Fehr, Kevin M. Flaherty, Kate Y. L. Su, Attila Moór, Eugene Chiang, Sean M. Andrews, David J. Wilner und Sebastian Marino, The Astrophysical Journal 917, 5, 2021.

Quelle

(THK)

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