Unsere Erde und alle anderen Planeten des Sonnensystems entstanden einst in einer großen, rotierenden Scheibe aus Staub und Gas, die die junge Sonne umgab. Sie lieferte zunächst das Baumaterial für die Planetenkerne und später dann das Gas für die Atmosphären der Protoplaneten. Beobachtungen von protoplanetaren Scheiben um andere Sterne sprechen dafür, dass die heranwachsenden Planeten dadurch den Gasstrom in den rotierenden Scheiben verändern und später sogar Lücken reißen. Im letzten Jahr gelang es Astronomen, bei dem knapp 400 Lichtjahre entfernten Stern HD 163296 anhand solcher Gasbewegungen gleich drei mögliche Planetenembryos aufzuspüren. Die Teleskope des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hatten an drei Stellen der Scheibe auffallende Geschwindigkeitsveränderungen im Kohlenmonoxidgas gezeigt.
“Wasserfälle” aus Gas
Jetzt haben Astronomen um Richard Teague von der University of Michigan in Ann Arbor sich den rund vier Millionen Jahre junge Stern und seine drei möglichen Planetenembryos noch einmal genauer angeschaut. Sie nutzten dafür neue, noch hochauflösendere Daten der ALMA-Teleskope, um die Gasbewegungen in der protoplanetaren Scheibe erstmals in drei Dimensionen zu beobachten. “Zum ersten Mal haben wir die Bewegung des Gases um den Stern herum, auf ihn zu und von ihm weg und auch in der Scheibe nach oben oder unten gemessen”, sagt Teague. Die Beobachtungen enthüllten, dass sich das Gas an den drei schon zuvor identifizierten Positionen der Planetenkandidaten auch in Bezug auf die dritte Dimension auffällig verhält: Es stürzt wie ein Wasserfall vom oberen Rand der Lücke nach unten – zur Mitte der Scheibe. “Es war eine große Überraschung, diese Gasströme so klar zu sehen. Die Scheibe um HD 163296 ist offenbar weit dynamischer als wir gedacht haben”, sagt Teague.
Zwar haben Astronomen solche meridionalen Gasströme von der Oberfläche der Akkretionsscheibe hin zu ihrer Mitte schon Ende der 1990er Jahre theoretisch vorhergesagt. Bisher jedoch fehlte der Beobachtungsbeweis für ihre Existenz. Den haben nun Teague und sein Team mit ihren ALMA-Aufnahmen nachgeliefert. “Planeten bilden sich in der mittleren Ebene der Scheibe – einem kalten, vor der Strahlung des Sterns geschützten Ort”, erklärt Teague. Wenn nun ein junger Planet heranwächst, drängt er Gas und Staub zur Seite und öffnet eine Lücke über und unter sich. “Das Gas darüber stürzt dadurch wie ein Wasserfall in die Lücke und erzeugt einen wirbelnden Gasstrom in der Scheibe”, so der Astronom.
Baumaterial für die Atmosphären?
“Dies gibt uns eine weit vollständigere Vorstellung der Planetenbildung als wir je erträumt hätten”, sagt Co-Autor Ted Bergin von der University of Michigan. “Indem wir diese Gasströme charakterisieren, können wir ermitteln, wie Planeten wie Jupiter geboren wurden und wie ihre chemische Zusammensetzung bei ihrer Geburt war.” Die Astronomen vermuten, dass das auf den Planetenembryo herabstürzende Gas entscheidend dazu beiträgt, seine Atmosphäre zu bilden. “Die vom Planeten gerissenen Lücken bringen wärmeres Gas aus den chemisch aktiveren äußeren Schichten der Scheibe zu ihm”, erläutern die Forscher. “Es ist dieses mit flüchtigen Substanzen angereicherte Gas, das dann die Atmosphäre des eingebetteten Planeten bildet und nicht das Material aus der Mittelebene der Scheibe.”
