Wie Winde Sterne und Planeten formen: Ein Blick ins Universum
Das James-Webb-Teleskop enthüllt komplexe Strukturen in protoplanetaren Scheiben und deren Einfluss auf die Sternentstehung.
Diese künstlerische Darstellung einer Planeten bildenden Scheibe um einen jungen Stern zeigt einen wirbelnden „Pfannkuchen“ aus heißem Gas und Staub, aus dem Planeten entstehen. Mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops erhielt das Team detaillierte Bilder, die die geschichtete, konische Struktur der Scheibenwinde zeigen – Gasströme, die in den Weltraum geblasen werden. © National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ)
Ein Team von Astronomen der University of Arizona hat mit dem James-Webb-Weltraumteleskop faszinierende neue Einblicke in die Entstehung von Sternen und Planetensystemen gewonnen. Im Zentrum ihrer Forschung stehen sogenannte protoplanetare Scheiben und Winde, aus denen Sterne und Planeten hervorgehen. Bei den sogenannten Scheibenwinden handelt es sich um Gasströme, die aus der Scheibe in den Weltraum wehen und durch Magnetfelder angetrieben werden. Diese Winde könnten eine Schlüsselrolle in der Entstehung junger Planetensysteme spielen.
Laut Ilaria Pascucci, Professorin an der University of Arizona und Hauptautorin der Studie, ist die sogenannte Akkretion, bei der ein Stern Materie aus seiner Umgebung aufnimmt, entscheidend. „Wie ein Stern seine Masse sammelt, beeinflusst maßgeblich die Entwicklung der umliegenden Scheibe und damit auch die Planetenentstehung“, erklärte sie. Bisher sei unklar gewesen, wie dieser Prozess genau ablaufe. Man gehe jedoch davon aus, dass durch Magnetfelder angetriebene Winde eine bedeutende Rolle spielen könnten.
Drehimpuls: Die große Herausforderung
Sterne wachsen, indem sie Gas aus der umliegenden Scheibe anziehen. Doch bevor dieses Gas auf den Stern fällt, muss es seinen Drehimpuls verlieren. Andernfalls würde es den Stern immer nur umkreisen, ohne jemals auf ihn zu treffen. Diesen Verlust des Drehimpulses verstehen Astrophysiker bislang nicht vollständig. Scheibenwinde könnten hier den Unterschied machen, da sie nicht nur Gas, sondern auch den Drehimpuls abtransportieren, wodurch das restliche Gas in Richtung des Sterns fließen kann.
Dieser Prozess lässt sich mit einer Eiskunstläuferin vergleichen: Wenn sie ihre Arme anzieht, dreht sie sich schneller, lässt sie sie los, verlangsamt sich die Rotation. Genauso müssen Gase in der protoplanetaren Scheibe ihren Drehimpuls verringern, um auf den Stern zu fallen. Pascucci und ihr Team untersuchten diese Dynamik im Detail, um die Rolle der Scheibenwinde besser zu verstehen.
Drei verschiedene Windarten
Das Team der University of Arizona stellte fest, dass in den protoplanetaren Scheiben verschiedene Arten von Winden am Werk sind. Tracy Beck vom Space Telescope Science Institute erklärte, dass es wichtig sei, zwischen den unterschiedlichen Windphänomenen zu unterscheiden. Während sogenannte X-Winde aus der inneren Scheibe durch die Magnetfelder des Sterns angetrieben werden, treiben thermische Winde den äußeren Teil der Scheibe an, verursacht durch die intensive Strahlung des Sterns.
Die mit dem James-Webb-Teleskop beobachteten Winde entspringen jedoch aus einem breiteren Bereich und umfassen auch die Regionen, in denen sich die inneren Planeten eines Systems befinden. Diese Winde erstrecken sich viel weiter als die thermischen Winde, die durch das Licht des Sterns angetrieben werden, und reichen mehrere hundert Mal weiter als die Entfernung von der Erde zur Sonne.
Neu entdeckte Struktur in den Winden
Eine wichtige Entdeckung der Studie war die komplexe Struktur der Winde. Pascucci und ihr Team fanden heraus, dass die Winde in Schichten aufgebaut sind. Ein zentraler Jet wird von einer kegelartigen Hülle aus Winden umgeben, die aus unterschiedlichen Entfernungen zur Scheibe stammen. Eine weitere Überraschung war das Vorhandensein eines Lochs im Zentrum des Kegels, das durch die molekularen Winde geformt wird. Diese Entdeckung könnte einen wichtigen Beitrag dazu leisten, wie Sterne und Planetensysteme entstehen, so Pascucci.
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Um diese Ergebnisse zu erzielen, beobachteten die Forscher vier protoplanetare Scheiben, die von der Erde aus exakt von der Seite gesehen werden. Naman Bajaj, ein Doktorand an der University of Arizona, erklärte, dass diese Ausrichtung es ermöglichte, das Licht der Zentralsterne zu blockieren und so die Winde zu beobachten, die andernfalls überstrahlt worden wären.
Weitere Scheiben im Visier
Pascucci und ihr Team planen, ihre Untersuchungen auf weitere protoplanetare Scheiben auszuweiten, um ein besseres Verständnis dafür zu gewinnen, wie häufig diese Windstrukturen im Universum vorkommen und wie sie sich im Laufe der Zeit entwickeln. „Wir vermuten, dass diese Winde weit verbreitet sind, aber um dies zu bestätigen, brauchen wir mehr Beobachtungen“, sagte Pascucci. „Wir wollen sehen, ob sich diese Winde verändern, während Sterne und Planeten entstehen.“
Was du dir merken solltest:
- Winde, die Sterne erzeugen: Forscher haben Gasströme entdeckt, die von protoplanetaren Scheiben ausgehen und durch Magnetfelder angetrieben werden. Sie helfen dabei, Gas und Drehimpuls abzuführen.
- Diese Winde ermöglichen es dem verbleibenden Gas, in Richtung des Sterns zu fließen. Dadurch wächst der Stern und Planeten können entstehen.
- Mit dem James-Webb-Teleskop konnten Forscher erstmals die komplexen Strukturen dieser Winde genau beobachten.
Bild: © National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ)
