Entstehung von Planeten

Die Frage nach dem Ursprung der Planeten, und damit auch unserer Erde, ist seit jeher eine der zentralen Fragen der Astrophysik. Ein großer Sprung vorwärts war dazu die Entdeckung der ersten Planeten außerhalb des Sonnensystems im Jahr 1995. Seitdem sind bereits Hunderte dieser "Exoplaneten" entdeckt worden. Neuere Beobachtungen zeigen, dass viele dieser Planeten dem klassischen Modell der Planetenentstehung zu widersprechen scheinen. Dieses geht davon aus, dass ein Planetensystem aus einer sich zusammen ziehenden rotierenden Wolke bildet, in deren Zentrum der Stern und in deren äußeren Bereichen die Planeten aus sich verklumpenden Staubteilchen und aus Gas entstehen. Ein dieser Theorie zufolge entstandenes Planetensystem hätte die wesentlichen Eigenschaften unseres Sonnensystems, d.h. alle Planeten bewegen sich annähernd in derselben Ebene und umlaufen den Stern im selben Drehsinn, wie der Stern um seine Achse rotiert. In der Wissenschaft wird dies auch als "prograde" Rotation bezeichnet.

Neuere Beobachtungen zeigen jedoch, dass viele Exoplaneten ihren Mutterstern "schief" oder gar dessen Rotation entgegengesetzt ("retrograd") umkreisen. Zudem hat die Mehrzahl der bis heute entdeckten Exoplaneten stark elliptische Bahnen, im Gegensatz zu den meist nahezu kreisförmigen Bahnen der solaren Planeten. Diese überraschenden Beobachtungen stellen die Forscher bis heute vor Rätsel, wenngleich in letzter Zeit mehrere Erklärungsmöglichkeiten angeboten werden.

Ein überzeugendes Modell, dass viele der Beobachtungen erklären könnte, hat die Forschungsgruppe um Prof. Pavel Kroupa vom Argelander-Institut für Astronomie (AIfA) der Universität Bonn in Zusammenarbeit mit Dr. Simon Goodwin (Universität Sheffield), Prof. Anthony Whitworth und Dimitris Stamatellos (beide von der Universität Cardiff) jetzt veröffentlicht. Demnach war die Entstehung vieler Planetensysteme wesentlich turbulenter, als bislang erwartet. In diesem Szenario gerät ein junger Stern mit einer zirkumstellaren Scheibe in einem dichten Sternentstehungsgebiet in eine andere protostellare Wolke hinein und beginnt, Gas aus dieser Wolke anzuziehen. Bis zu mehreren zehn Jupitermassen fremden Gases können so in zufälliger Richtung auf die bereits vorhandene Gas- und Staubscheibe einströmen und diese aus ihrer Richtung drehen. Da die meisten Sterne in "Familien", den Sternhaufen, entstehen, sind solche Begegnungen durchaus eher die Regel als die Ausnahme.

Computersimulationen, die Ingo Thies aus Prof. Kroupas Gruppe durchgeführt hat, zeigen, dass hierdurch die protoplanetare Scheibe im Extremfall sogar ihren Umlaufsinn ändern kann. Zudem wird der innere Bereich der Scheibe komprimiert, was die Verklumpung von Staubpartikeln zu Protoplaneten beschleunigen könnte. Planetensysteme, die aus einer derart beeinflussten Scheibe heraus entstehen, würden ihren Mutterstern nicht mehr prograd, sondern mehr oder weniger stark geneigt, ja sogar retrograd umkreisen. Zudem könnten die Umlaufbahnen der Planeten untereinander stark geneigt sein, was das ganze System instabil machen würde. Mehrere, vor allem die leichtesten, Planeten würden nach und nach aus dem System geschleudert werden, während die schwereren Planeten auf engere Bahnen gedrängt würden. Am Ende blieben wenige, vor allem massereiche (etwa mit dem Jupiter vergleichbare) Planeten auf bisweilen extrem engen Umlaufbahnen, so genannte "hot Jupiters", zurück.

Nicht immer muss dieses Szenario derart heftig ablaufen, wie in den Berechnungen angenommen. Sammelt der Stern nur kleine Mengen Gas ein, oder stürzt dieses zufällig etwa parallel zum Rotationssinn der protoplanetaren Scheibe ein, so wird das resultierende Planetensystem nur wenig gegen die Rotation seines Sterns geneigt sein, vielleicht zehn Grad, vielleicht weniger. Interessant in diesem Zusammenhang ist, dass auch die Ebene unseres Sonnensystems, die Ekliptik, etwa sieben Grad gegenüber dem Sonnenäquator geneigt ist. Da die Sonne, wie die meisten Sterne, vermutlich in einem Sternhaufen entstanden ist, wäre eine frühe Nahbegegnung mit einer Gaswolke durchaus eine plausible Erklärung. Zu unserem Glück verlief diese
Begegnung jedoch glimpflich, so dass heute die Planeten, unter ihnen die Erde, in geordneten Bahnen ihre Kreise ziehen.

Unter den angegebenen Links finden Sie Bilder und Videos zum Thema sowie die offiziellen Presseerklärungen der Universität Bonn und der Royal Astronomical Society.

Kontakt

Prof. Dr. Pavel Kroupa
Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn
Tel. 0228/736140
pavel@astro.uni-bonn.de

Dr. Ingo Thies
Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn
Tel. 0228/733659
ithies@astro.uni-bonn.de