Verräterischer Lichtfleck: Astronomen haben einen der jüngsten bisher bekannten Planetenembryos entdeckt – es ist der erst dritte eindeutig bestätigte und direkt abgebildete Protoplanet. Der heranwachsende Gasriese ist weniger als fünf Millionen Jahre alt und verbirgt sich in der Staubscheibe des 374 Lichtjahre entfernten Jungsterns HD 169142. Erkennbar ist er an einem sich bewegen Lichtfleck sowie einer freigefegten Staublücke und einer Art Staubschweif.
Planeten bilden sich in der rotierenden Scheibe aus Gas und Staub um junge Sterne – auch unser Sonnensystem hat seinen Ursprung in einer solchen protoplanetaren Scheibe. Das früheste Indiz für einen heranwachsenden Planetenembryo ist dabei meist eine lokale Verdichtung des Materials, verbunden mit verstärkter Wärmeabstrahlung. Weil der Protoplanet zudem nach und nach den Staub in seinem Orbit aufnimmt, erzeugt er eine Lücke in der protoplanetaren Scheibe.
Während solche Lücken in den Staubscheiben junger Sterne schon häufiger beobachtet wurden, gelang die direkte Abbildung von Planetenembryos bisher nur selten. Das erste bestätigte „Babyporträt“ eines solchen Protoplaneten gelang beim rund 370 Lichtjahre entfernten Jungstern PD 70, in dessen protoplanetarer Scheibe gleich zwei heranwachsende Gasriesen entdeckt wurden.
Heller Lichtfleck in der Staubscheibe
Jetzt ist Astronomen ein weiteres „Babyporträt“ gelungen: Aufnahmen mithilfe des SPHERE-Instruments am Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte in Chile zeigen den hellen Lichtfleck eines Planetenembryos in der Staubscheibe um den 374 Lichtjahre entfernten Jungstern HD 169142. Dieser Stern ist mit 1,85 Sonnenmassen etwas größer als unsere Sonne und erst rund sechs Millionen Jahre alt.
„Wir konnten anhand unserer Daten bestätigen, dass es rund 37 astronomische Einheiten von diesem Stern entfernt einen Planeten gibt – er kreist etwas weiter außen als der Neptun im Sonnensystem“, berichtet Erstautor Iain Hammond von der Monash University in Australien. Der helle Lichtfleck dieses Protoplaneten liege in einer Lücke der protoplanetaren Scheibe, wie man es für Protoplaneten erwarte. „Diese ist bei Beobachtung der Scheibe im polarisierten Licht deutlich sichtbar“, so Hammond.
Typische Bewegung und spiraliger Schweif
Die zwischen 2015 und 2019 erstellten Aufnahmen von HD 169142 und seiner Staubscheibe zeigen, dass sich der helle Planetenfleck in diesen vier Jahren jeweils ein wenig weiterbewegt hat. Richtung und Geschwindigkeit dieser Bewegung entsprechen dabei genau den Werten, die die Theorie für einen Planeten in diesem Orbit vorgibt, wie die Astronomen erklären. „Die Bewegung dieser Lichtquelle entspricht den Erwartungen für einen Protoplaneten in diesem Orbit“, so das Team.
„Im Infrarot können wir zudem ein spiraliges Signal erkennen, dessen Morphologie mit einem von einem Planeten erzeugten Spiralschweif übereinstimmt“, berichten Hammond und seine Kollegen. Diese gebogene Zone verdichteten Staubs liegt hinter dem Planeten und wurde durch die von ihm verursachten Turbulenzen in der Materialscheibe erzeugt, wie Modellsimulationen bestätigten. „Das legt nahe, dass auch andere protoplanetare Scheiben mit solchen Spiralschweifen noch unentdeckte Planeten beherbergen könnten“, sagt Hammond.
Erst der dritte eindeutige Protoplaneten-Fund
Nach Ansicht der Astronomen repräsentiert HD 169142 b damit das dritte eindeutig bestätigte Porträt eines Protoplaneten. „In den letzten zehn Jahren hat es viele falschpositive Beobachtungen von heranwachsenden Planeten gegeben“, sagt Koautor Valentin Christiaens von der Universität Lüttich. Aber die Aufnahmen von HD 169142 und die gute Übereinstimmung mit den Modellen belegen, dass es in diesem System tatsächlich einen Protoplaneten gibt.
Nähere Analysen legten zudem nahe, dass der Planetenembryo HD 169142 b wahrscheinlich noch jünger ist als die Protoplaneten um den Stern PD 70. Denn er ist noch von einem eigenen Staubkokon umgeben. „Diese Hülle aus Staub und Gas spricht dafür, dass wir diesen Protoplaneten in einer früheren Phase seiner Bildung und Entwicklung eingefangen haben“, sagt Hammond. „Angesichts der geringen Zahl von bestätigten Protoplaneten kann uns die Entdeckung dieses Planetenembryos dabei helfen zu verstehen, wie Planeten entstehen.“
Das Team hofft, dass künftige Beobachtungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop weitere Einblicke in die Entwicklung dieses jungen Sterns und seines Planeten geben werden. (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2023; doi: 10.1093/mnrasl/slad027)
Quelle: Université de Liège
