Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: Gemini-South-Observatorium, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

Bei dem Sternsystem V4046 Sagittarii AB – abgekürzt V4046 Sgr AB – handelt es sich um ein in dem Sternbild Schütze (lat. Name „Sagittarius“) beheimatetes Doppelsternsystem, welches sich in einer Entfernung von etwa 240 Lichtjahren zu unserem eigenen Sonnensystem befindet. Die beiden Sterne des Systems verfügen über ein Alter von etwa 20 Millionen Jahren, weisen fast identische Massen von jeweils 0,9 Sonnenmassen auf und gehören den Spektralklassen K5 und K7 an. Die Distanz zwischen den beiden Sternen beträgt dabei lediglich 0,045 Astronomischen Einheiten (kurz „AE“), was einer Entfernung von etwa 6,7 Millionen Kilometern oder weniger als dem fünffachen Durchmesser der Sonne entspricht.

Bereits im Jahr 2009 konnten Astronomen durch Beobachtungen mit dem Submillimeter-Array-Radioteleskop (kurz „SMA“) nachweisen, dass dieses Doppelsternsystem von einer rotierenden protoplanetaren Scheibe umgeben ist. Derartige protoplanetaren Scheiben, aus denen sich nach den gängigen Theorien im Verlauf eines komplexen Entstehungsprozesses Kometen, Asteroiden und Planeten bilden, sind den Astronomen bereits seit dem Jahr 1994 bekannt.

Die das System von V4046 Sgr AB umgebende Scheibe war jedoch die erste protoplanetare Scheibe, welche bei einem Doppelsternsystem entdeckt werden konnte. Zudem war in diesem Fall für die Astronomen das vergleichsweise hohe Alter der beiden Sterne bemerkenswert, welche von der Scheibe umgeben sind. Eigentlich – so die gängigen Theorien zur Planetenentstehung – sollten sich protoplanetare Scheiben bereits innerhalb von weniger als zehn Millionen Jahren auflösen.

Der innere Rand von der das System V4046 Sgr AB umgebenden protoplanetaren Scheibe befindet sich in einer Entfernung von etwa 30 Astronomischen Einheiten zum gemeinsamen Massezentrum der beiden Sterne. Von dort aus erstreckt sich die Scheibe bis zu einer Entfernung von etwa 300 AEs. Diese Region entspricht in etwa dem Bereich, in dem sich in unserem Sonnensystem die Gasplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun sowie die Objekte des Kuipergürtelsgebildet haben könnten. Und tatsächlich gingen die an den in den Jahren 2008 und 2009 erfolgten Untersuchungen beteiligten Wissenschaftler davon aus, dass sich innerhalb der Scheine von V4046 Sgr AB gerade Gasplaneten bilden könnten.

„Wir hielten das molekulare Gas um diese beiden Sterne schon seit geraumer Zeit für einen ganz deutlichen Hinweis darauf, dass im Bereich dieser beiden Sterne gerade Jupiter-ähnliche Planeten entstehen könnten oder sich zumindest erst kürzlich gebildet haben“, so Joel H. Kastner vom Rochester Institute of Technology (RIT) im US-Bundesstaat New York, der Leiter der damaligen Studie, im Rahmen einer entsprechenden Pressemitteilung aus dem Jahr 2009. „Die SMA-Daten, die eine rotierende Scheibe zeigen, unterstützen diese Annahme eindeutig.“

Neue Beobachtungen
Aktuelle Beobachtungen, welche mit dem Gemini-South-Observatorium – einem auf dem Berg Cerro Pachón in den chilenischen Anden befindlichen Teleskop mit einem Hauptspiegeldurchmesser von 8,1 Metern – durchgeführt wurden, untermauern jetzt diese These. Mit dem erst im Januar 2014 in Betrieb genommenen Gemini Planet Imager (kurz „GPI“) gelang den Astronomen der Nachweis von Staubpartikeln, welche sich im Bereich der protoplanetaren Scheibe von V4046 Sgr AB befinden.

Im Infrarotbereich konnte zudem das Streulicht dieser Staubpartikel aufgelöst und anschließend analysiert werden. Dabei zeigte sich, dass sich innerhalb der protoplanetaren Scheibe zwei deutlich erkennbare Ringstrukturen befinden, welche Konzentrationen dieser Staubpartikel aufweisen. Diese Beobachtungsdaten des GPI deuten darauf hin, dass sich innerhalb der protoplanetaren Scheibe von V4046 Sgr AB in einer Entfernung von etwa vier bis 12 AEs zu den Sternen gerade ein, eventuell aber sogar auch mehrere Planeten bilden.

„Der Gemini Planet Imager ermöglicht es uns, realtiv nahe zu unserem Sonnensystem gelegene planetenbildende protoplanetare Scheiben mit einer hohen Detailgenauigkeit abzubilden. Auf diese Weise können wir die Prozesse der Entstehung von Planeten direkt untersuchen, die sich auf Umlaufbahnen bewegen, die mit denen der Gasplaneten in unserem eigenen Sonnensystem vergleichbar sind“, so Valerie A. Rapson vom Rochester Institute of Technology, welche die kürzlich erfolgten Untersuchungen leitete.

Diese Analysen lieferten den bisher vermutlich besten Nachweis einer gerade erfolgenden Planetenentstehung im Bereich eines Doppelsternsystems. Die Untersuchungen zeigten zudem, dass die Staubpartikel, welche sich innerhalb dieser Scheibe befinden, dort nach ihrer jeweiligen Größe getrennt auftreten. Diese Beobachtungen decken sich mit den bisherigen Modellen über die Prozesse, welche vermutlich bei der Planetenentstehung innerhalb einer protoplanetaren Scheibe ablaufen.

Die hier kurz vorgestellten Forschungsergebnisse von Valerie A. Rapson et al. wurden kürzlich unter dem Titel „Scattered Light from Dust in the Cavity of the V4046 Sgr Transition Disk“ in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal Letters publiziert.

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Fachartikel von Valerie A. Rapson et al.:

• Scattered Light from Dust in the Cavity of the V4046 Sgr Transition Disk (Arxiv, Volltext, engl.)

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Ein Beitrag von Hans Lammersen. Quelle: Max Planck-Institut für Astronomie.

Die großen Strukturen des Universums kann man in etwa vergleichen mit einem lockeren Seifenschaum: die sichtbare Materie ist an langgezogenen Filamenten entlang angeordnet, die wie die Ränder der Seifenblasen aussehen. Dazwischen existieren riesige Leerräume von Millionen Lichtjahren Durchmesser. Die Filamente treffen sich in Knotenpunkten, an denen die Materie in Galaxien, Galaxienhaufen und -superhaufen angeordnet ist.

Bisher konnte man diese Filamente aber noch nicht direkt beobachten. Man kennt einiger ihrer Eigenschaften, weil man ihre Absorptionslinien untersucht hat. Außerdem hat man durch aufwändige Computersimulationen, in denen man die Strukturbildung des Universums auf großen Skalen seit dem Urknall berechnete, Aussagen über die Filamente machen können. Das hat sich jetzt geändert: Astronomen der University of California at Santa Cruz und des Max-Planck-Instituts für Astronomie konnten erstmals ein kosmisches Filament fotografieren. Dazu bedienten sie sich weit entfernter (10 Milliarden Lichtjahre) und gleichzeitig extrem leuchtstarker Objekte, sogenannter Quasare. Dies sind Zentrumsgebiete von Galaxien, in denen riesige schwarze Löcher Materie ansaugen, die vor ihrem Verschwinden riesige Energiemengen freisetzt. Daher strahlen solche Quasare über Milliarden Lichtjahre hinweg. Außerdem beleuchten sie die nahebei stehenden Filamente, was von den Wissenschaftlern nun aufgenommen werden konnte. Der Quasar bringt die Materie in den Filamenten zum Leuchten.

Die neuen Aufnahmen erlauben nun, die Ergebnisse der Simulationen auf den Prüfstein zu stellen und neue Schlussfolgerungen über die Entstehung der großräumigen Struktur des Universums zu ziehen. Weiterhin kann man Rückschlüsse ziehen bezüglich Struktur, Größe, Verklumpungsgrad und Morphologie des Gases.

Das Beobachtungsprogramm dauerte etwa 60 Stunden und wird mit weiteren 20 Stunden am Keck-Teleskop und 85 Stunden am Gemini-South-Teleskop in Chile fortgesetzt. Neben amerikanischen Astronomen sind auch Wissenschaftler des Max-Planck-Institutes für Astronomie beteiligt.

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Ein Beitrag von Stefan Heykes. Quelle: Penn State University.

Beide Teile des neu entdeckten Binärsystems sind sogenannte Braune Zwerge. Solche Objekte sind zu leicht, um Wasserstoff fusionieren zu können, so wie es jeder große Stern die meiste Zeit seiner Existenz über macht. Lediglich Fusionsprozesse die bei geringerer Temperatur funktionieren, laufen in diesen Objekten ab. Daher sind Braune Zwerge sehr dunkel und lichtschwach. Sie bewegen sich damit im Grenzbereich zwischen Gasplaneten wie Jupiter und richtigen Sternen.

Dies erklärt warum das System mit der Katalogbezeichnung „WISE J104915.57-531906“ jetzt erst entdeckt wurde, obwohl es nur 6,5 Lichtjahre von uns entfernt ist. Noch näher an der Erde befinden sich nur die drei Komponenten des Systems Alpha Centauri (Alpha Centauri A, Alpha Centauri B sowie Proxima Centauri) in 4,2-4,4 Lichtjahren Entfernung sowie der 6 Lichtjahre entfernte „Barnards Stern“. Seit der Entdeckung von Proxima Centauri 1917 wurde kein Stern mehr in so großer Nähe zum Sonnensystem gefunden.

WISE hat während eines 13 Monate langen Beobachtungszeitraums jeden Punkt des Himmels zwei bis drei Mal aufgenommen. Bei der Auswertung dieser Aufnahmen fiel die relativ schnelle Bewegung von „WISE J104915.57-531906“ auf. Schnelle sichtbare Bewegungen sind nur in geringer Distanz möglich und boten daher einen ersten Anhaltspunkt dafür, dass es sich um ein sehr nahes Objekt handeln muss.

Mit dem Wissen über die Bewegung war es möglich, auf älteren Aufnahmen nach „WISE J104915.57-531906“ zu suchen. Die ältesten Aufnahmen, auf denen das neue Objekt gefunden wurde, wurden schon 1978 angefertigt.

Auf allen bis dahin existierenden Aufnahmen war „WISE J104915.57-531906“ nur als einzelner Punkt zu erkennen. Zur genaueren Untersuchung nahm auch das Gemini-South-Observatorium in Chile dieses System auf. Auf diesen deutlich schärferen Bildern ist zu erkennen, dass „WISE J104915.57-531906“ sogar ein System aus zwei Braunen Zwergen ist und kein einzelnes Objekt.

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• Braune Zwerge

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Ein Beitrag von Martin Ollrom. Quelle: Gemini.

Der Stern wird zusätzlich von einer sehr merkwürdigen Wolke umrundet. Diese Wolke wird Homunculus Nebula genannt. Dieser Nebel soll durch sukzessive Explosionen an der Sternenoberfläche entstanden sein. Dies ist jedoch nur eine Vermutung der Wissenschaftler. Das Gemini-Observatorium hat nun eine Schockwelle von Materialen entdeckt, die sich mit einer Geschwindigkeit von 500 Kilometern pro Sekunde in den interstellaren Raum ausbreitet.

Der Homunculus-Nebel wurde schon jahrelang untersucht und war immer ein Ort vieler Rätsel. Ein neuer Meilenstein wurde jetzt aber erreicht, als Nathan Smith von der Universität in Colorado das PHOENIX-Gerät am Gemini-Südobservatorium verwendete, um den Nebel zu untersuchen. PHOENIX ist eine hochauflösende Infrarotkamera. Mit Hilfe der Spektroskopie konnte Smith die genaue Geometrie, die Struktur und die Geschwindigkeit dieses expandierenden Gases mit Ursprung im Nebel messen. Er kam dabei zu aufschlussreichen Ergebnissen. Es wurde zum Beispiel viel Wasserstoff und Atome von ionisiertem Eisen entdeckt. Auch die Geschwindigkeit der Ausbreitung des Nebels konnte gemessen werden. Mit 500 Kilometern pro Sekunde expandiert dieser Nebel sehr schnell. Dabei ist der Nebel in zwei Schichten eingeteilt – eine dicke und sehr warme Staubschicht wird von einer kälteren Wasserstoffschicht umrundet. Allein diese Außenschicht hat bereits die Masse von elf Sonnen. Alles nur Gas und Staub, das in den letzten Jahren von der Sternoberfläche weggesprengt wurde. Das Gemini-Observatorium konnte die Dichte dieser Schicht auf 107 Partikel pro Kubikzentimeter beziffern.

Die Struktur dieser Wasserstoff-Emissionen in der äußeren Nebelschicht ist der Grund, warum der Nebel im Allgemeinen so seltsam aussieht. Derzeit sieht der Nebel aus, als ob sich zwei Kreise im Zentrum (welches sich um den Stern befindet) treffen. Das Zentrum ist dabei sehr dicht und im Bild gut erkennbar. Die Kreise hingegen sind teilweise kaum erkennbar und bestehen größtenteils aus Gas und Staub – wie eine Staublinie in Kreisform. Smith glaubt, dass der Großteil dieser Materialen von einer großen Eruption Mitte des 19. Jahrhunderts stammt. Jedoch dürfte der Materialien-Ausstoß nur in den höheren Breiten des Sterns passiert sein.

Wie auch immer! Der Nebel dürfte noch länger Ziel von wissenschaftlichen Untersuchungen sein. Wir werden auch noch viel Überraschendes über diesen Nebel zu hören bekommen.

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