Blick auf PlanetenentstehungKollisionen in jungem Planetensystem erstmals beobachtet
Das Weltraumteleskop Hubble beobachtet zwei Kollisionen in nur 20 Jahren - diese Art von Zusammenstößen tritt eigentlich nur alle 100.000 Jahre einmal auf. Die Aufnahmen aus dem Sternensystem Fomalhaut stellen gängige Modelle der Planetenentstehung auf den Kopf.
In der Umgebung junger Sterne geht es heftig zu: Immer wieder kommt es zu Zusammenstößen von Planetesimalen - viele Kilometer großen Gesteinsbrocken, aus denen Planeten entstehen. Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble zeigen bei dem 25 Lichtjahre entfernten Stern Fomalhaut jetzt erstmals die Spuren solcher Kollisionen: sich ausbreitende leuchtende Staubwolken.
Und das innerhalb von 20 Jahren gleich zweimal, wie ein internationales Forschungsteam berichtet. Das ist überraschend, denn nach theoretischen Modellen sollten solche Ereignisse nur alle 100.000 Jahre einmal auftreten, schreiben die Wissenschaftler im Fachblatt "Science".
Einer der hellsten Sterne am Himmel
Fomalhaut im Sternbild Südlicher Fisch zählt zu den hellsten Sternen am Himmel. Er enthält etwa doppelt so viel Masse wie unsere Sonne, leuchtet 17-mal heller und ist mit einem Alter von 440 Millionen Jahren vergleichsweise jung. Mehrere Staubringe um den Stern zeugen davon, dass die Phase der Planetenentstehung um den Stern noch nicht abgeschlossen ist. Bei Beobachtungen mit Hubble in den Jahren 2004 und 2006 stießen Paul Kalas von der University of California in Berkeley und sein Team auf einen hellen Lichtpunkt am Rand eines der Staubringe. Erstmals, so schien es damals, hatte man einen Planeten bei einem anderen Stern direkt gesehen.
Weitere Beobachtungen weckten allerdings Zweifel an dieser Interpretation. Denn im Verlauf von mehreren Jahren driftete das Objekt auf seiner Umlaufbahn nach außen - und 2014 war der leuchtende Punkt sogar ganz verschwunden. Erst 2023 konnten Kalas und seine Kollegen erneut mit Hubble einen Blick auf Fomalhaut und seine Staubringe werfen - und sahen zu ihrer Erleichterung erneut den hellen Lichtpunkt. Doch eine genaue Analyse seiner Position zeigte den Forschern: Es konnte sich unmöglich um das gleiche Objekt handeln. Der zuvor gesehene Lichtpunkt blieb also verschwunden, stattdessen war ein neuer aufgetaucht.
Damit war klar: Kalas und seine Kollegen waren nicht, wie ursprünglich vermutet, auf einen Planeten von Fomalhaut gestoßen, sondern in beiden Fällen auf die Spuren von Kollisionen von Planetesimalen. Bei einem solchen Zusammenprall bildet sich eine Trümmerwolke aus Gesteinsbrocken und Staub, die sich langsam ausbreitet.
Licht des Sterns übt Druck auf Trümmerwolke aus
Das erklärt auch das seltsame Verhalten des zuerst entdeckten Objekts: Das Licht von Fomalhaut übt einen Druck auf eine solche Wolke aus und treibt sie deshalb vom jungen Stern weg. Im Gegensatz dazu bleibt ein fester Planet unbeeindruckt von dem Sternlicht auf seiner Bahn.
Die zusammengestoßenen Himmelskörper müssen etwa 60 Kilometer groß gewesen sein, haben die Astronomen aus der Helligkeit der beiden Staubwolken berechnet. Damit sind sie viel zu klein, um auf den Bildern des Weltraumteleskops sichtbar zu sein. Aber die sich ausbreitenden Trümmerwolken leuchten im Licht von Fomalhaut hell auf und verraten sich auf diese Weise.
Die Beobachtung von gleich zwei solcher Kollisionen bei ein und demselben Stern wirft allerdings ein Problem auf. "Theoretische Modelle der Planetenentstehung sagen nur eine Kollision alle 100.000 Jahre voraus", erklärt Kalas. "Hier haben wir schon innerhalb von 20 Jahren zwei gesehen." Entweder, so der Forscher weiter, sei dies ein glücklicher Zufall - oder die Modelle seien nicht korrekt.
Einblicke in Frühgeschichte unseres Sonnensystems
Aufschluss können nur weitere Beobachtungen geben. Und dieses Mal wollen die Forscher nicht mehrere Jahre damit warten. Das Team hat bereits für die nächsten drei Jahre Beobachtungszeit am Hubble-Teleskop zugesagt bekommen. So wollen Kalas und seine Kollegen die Entwicklung der neuen Staubwolke verfolgen - wird sie noch heller oder verblasst sie bereits? Vielleicht treffen auch einzelne Trümmerstücke auf andere Gesteinsbrocken und lösen so eine Art Kettenreaktion aus, die zu einer weiteren Aufhellung führt.
Geplant sind außerdem Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop James Webb. Im Gegensatz zu Hubble beobachtet Webb nicht im sichtbaren, sondern im infraroten Licht. Das eröffnet den Forschern die Möglichkeit, die Größe der entstandenen Staubkörner und eventuell sogar ihre Zusammensetzung zu bestimmen. Der Stern Fomalhaut und seine Staubringe bieten den Astronomen einen einmaligen Einblick in die Prozesse der Planetenentstehung - und damit auch in die Frühgeschichte unseres Sonnensystems.