ALMA bestätigt exoplanetare „Mondwiege“

Lunare Kinderstube: Astronomen haben erstmals eindeutige Belege für eine zirkumplanetare Scheibe um einen Exoplaneten – die potenzielle „Wiege“ für Exomonde. Beobachtungen mit den Radioteleskopen des ALMA-Observatoriums zeigen, dass der knapp 400 Lichtjahre entfernte Gasriese PDS-70c von einer ausgedehnten Staubscheibe umgeben ist. In ihr kreist genug Material für drei Trabanten von der Größe des Erdmonds. Aus einer ähnlichen Scheibe könnten auch die Mondes des Jupiter entstanden sein.

Der Erdmond ist in vieler Hinsicht ein Sonderling, denn er verdankt seine Entstehung einem Zufall: Die junge Erde kollidierte mit einem marsgroßen Protoplaneten und aus den Trümmern bildete sich der Erdtrabant. Die meisten anderen Monde entstanden aber auf andere Weise: Einige sind eingefangene Asteroiden, viele weitere dagegen wuchsen aus dem Staub und Geröll heran, das bei der Planetenbildung übrigblieb. Beim Saturn beispielsweise entstehen noch heute neue Monde aus dem Material der Ringe.

Das wirft die Frage auf, wie Monde um Exoplaneten entstehen und wie dies bei noch jungen Vertretern solcher Welten abläuft. Erste Hinweise auf fertige Exomonde haben Astronomen schon mehrfach aufgespürt. So könnte der Gasriese Kepler 1625b einen neptungroßen Trabanten besitzen, während der Exomond um den Exoplaneten Wasp-49b wahrscheinlich sogar hochgradig vulkanisch aktiv ist.

Zwei junge Gasriesen im Blick

Wie die Kinderstube solcher Exomonde aussehen könnte, zeigen nun neue Aufnahmen des Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) in Chile. Ein Team um Myriam Benisty von der Universität Grenoble hat diese Radioteleskope genutzt, um die beiden jungen Planeten um den knapp 400 Lichtjahre entfernten Stern PDS-70 anzuvisieren. Die beiden Gasriesen sind erst wenige Millionen Jahre alt und von einer ausgedehnte Staubwolke umgeben.

Schon früher hatten Astronomen den Verdacht, dass es sich dabei um mindestens eine zirkumplanetare Scheibe handeln könnte – um junge Welten kreisende Staubscheiben, die aus Resten der Planetenbildung bestehen. Die Auflösung der Aufnahmen reichte aber nicht aus, um die eindeutig festzustellen. Die neuen Beobachtungen bei Wellenlängen um 855 Mikrometer zeigen nun die Struktur der Staubwolke in größerem Detail.

Staubscheibe um den äußeren Planeten

Die Aufnahmen enthüllen: Der äußere Planet PDS-70c ist tatsächlich von einer zirkumplanetaren Staubscheibe umgeben. Diese hat einen Durchmesser von einer astronomischen Einheit und ist damit so groß wie der gesamte Bereich innerhalb der Erdbahn um die Sonne. Diese Staubscheibe reicht damit rund 500 Mal weiter vom Planeten hinaus als die Ringe des Saturn. Sie könnte genug Staub enthalten, um Rohmaterial für drei Trabanten von Erdmond-Größe zu liefern, wie das Team berichtet.

„Die neuen Beobachtungen liefern uns damit den bisher überzeugendsten Beweis für eine zirkumplanetare Scheibe um einen jungen Planeten“, konstatieren die Astronomen. Gleichzeitig bestätigt der Nachweis dieser Staubwolke um PDS-70c, dass solche jungen Planeten dieses Material lange genug festhalten können, um Trabanten zu bilden. Das bestätigt die theoretischen Modelle zur Bildung von Monden in solchen Scheiben.

Rückschlüsse auch auf die Planetenbildung

Doch die neuen Ergebnisse sind nicht nur entscheidend, um die Entstehung von Monden zu ergründen. Sie tragen auch dazu bei, gängige Theorien zur Planetenbildung zu überprüfen. Denn die Menge des Staubs um die Planeten und ihre Wechselwirkung mit den größeren Staubreservoirs um den Zentralstern sind auch entscheidend dafür, ob und wo noch weitere Planeten in einem solchen System entstehen können.

„In den letzten zwei Jahrzehnten haben wir einige planetenbildende Scheiben um junge Sterne entdeckt“, sagt Koautor Thomas Henning vom MPI für Astronomie. „Jetzt stellen wir uns der neuen Herausforderung, die Scheiben um junge Planeten zu untersuchen. Unsere ALMA-Beobachtungen von zirkumplanetaren Scheiben sind ein großer Schritt in diese Richtung.“ (The Astrophysical Journal Letters, 2021; doi: 10.3847/2041-8213/ac0f83)

Quelle: European Southern Observatory, Max-Planck-Institut für Astronomie