Wie Planeten einparken

Im Kosmos bilden sich bei der Entwicklung von Sonnensystemen um junge Sterne durch die Entstehung spezifischer Orbits (Umlaufbahnen) planetenartige Ansammlungen und Leerräume.

Mit Computersimulationen haben britische Forscher untersucht, wie sich dabei Planeten herausbilden und  konnten den Prozess der Materieansammlung sowie das abschließende Einnehmen des Orbits nachstellen.

Aus den Ergebnissen der Studie leiteten die Astronomen ab, warum Gasriesen wie der Jupiter und der Saturn einen bestimmten Abstand zu ihrer Sonne bilden, anstatt Orbits in regelmäßigen Abständen einzunehmen.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Abstände der Planeten zum Zentralgestirn am Ende der Bildung des Sonnensystems nicht gleichmäßig verteilt sind, sondern dass es ganz klar „Wüsten“ (ringförmige Bereiche um die Sonne, die nur sehr keine oder keine Himmelskörper aufweisen) gibt und Ansammlungen von Planeten in spezifischen Abständen“, schrieb der Koautor Ilaria Pascucci vom Lunar and Planetary Laboratory der Universität Arizona.

Sonnenähnliche Sterne bilden ein Zentrum aus Gas- und Staubwolken, wenn die Materie beginnt zu verklumpen. Die Sterne sammeln Masse, vergrößern ihre Gravitationskraft und bringen die sie umgebende Wolke dazu, schneller zu rotieren und sich zu einer protoplanetaren Scheibe abzuplatten, aus der sich später die Planeten bilden.

Die kraftvolle Strahlung des Sterns kann zur Entstehung von Leerräumen in der Scheibe führen;  diese bilden dann Barrieren, wodurch sich die Planeten in spezifischen Orbits bilden.

Die Leerräume werden durch die Masse der Planeten festgelegt, liegen aber meistens zwischen einer und zwei Astronomischen Einheiten (AE) vom Stern entfernt – wobei eine Astronomische Einheit die Durchschnittsentfernung von der Erde zur Sonne ist.

Früher dachte man, dass die Scheibe ausdünnt, wenn die Materie mit dem Stern verschmilzt. Die Wissenschaftler beobachteten aber einen Prozess der Photoevaporation, der dazu führt, dass hochenergetische Photonen die Oberfläche der Scheibe aufheizen.

„Sehr nah am Stern ist das Material der Scheibe sehr heiß, wird aber durch das starke Gravitationsfeld der Sonne festgehalten“, erklärte der Koautor der Studie Richard Alexander von der englischen Universität Leicester in der Veröffentlichung.

„Weiter draußen in der Scheibe, wo die Gravitation viel schwächer ist, verdampft das Gas in den Weltraum.“

Die Forscher simulierten die Ansammlung der aus der Scheibe kommenden Materie auf dem Stern bei gleichzeitiger Berücksichtigung des Effekts der Photoevaporation. Dabei ergab sich, dass die Leerräume durch die Hitze und die Gravitation des Sterns zwischen einer und zwei AE gereinigt werden.

„Wir wissen nicht genau, wo und wann sich Planeten um junge Sterne bilden, deshalb betrachteten unsere Modelle in der Entstehung begriffene Sonnensysteme mit verschiedenen Kombinationen aus Gas-Planeten in verschiedenen Abständen und unterschiedlichen Entwicklungsstadien“, erläuterte Alexander.

Die Modelle zeigten, dass sich Gas-Planeten ihren Sonnen annähern – so wie jede Materie, die angezogen wird – und dann stabile Orbits besetzen, wenn sie eine Lücke finden.

„Die Planeten halten vor oder hinter der Lücke und vergrößern sich durch Einsammeln von Materie“, ergänzte Pascucci. Die lokale Konzentration von Materie hinterlässt Gebiete in der Scheibe, in denen es keine Planeten gibt.“

„In vielen neu entdeckten Sonnensystemen haben wir diese ungleiche Verteilung gesehen.“

Das Team erwartet weitere Belege für die Bildung von Planeten in Abständen, die größer sind als eine astronomische Einheit, wenn mehr Ergebnisse von astronomischen Messkampagnen zur Suche von Riesenplaneten in entfernten Sonnensystemen gesammelt wurden.

„Mit der Entdeckung von mehr und mehr Exo-Planeten werden wir in der Lage sein, diese Vorhersagen im Detail zu testen und besser zu verstehen, unter welchen Bedingungen sich Planeten bilden“, betonte Pascucci abschließend.

Englischer Original-Artikel: Baby Stars Could Create Popular Orbits