Nur 25 Lichtjahre von der Erde entfernt gehört Fomalhaut A zu den hellsten Sternen am Nachthimmel. Er liegt im Sternbild Südlicher Fisch (Piscis Austrinus) und ist massereicher, leuchtkräftiger und deutlich jünger als die Sonne. Gleichzeitig ist Fomalhaut A in mehrerer Hinsicht ungewöhnlich. Denn er bildet mit einem Roten Zwerg und einem weiteren Zwergstern ein extrem weit auseinandergezogenes Dreifachsystem. Der Rote Zwerg Fomalhaut C liegt 2,5 Lichtjahre von Fomalhaut A entfernt – das ist weiter als in jedem anderen bekannten Sternsystem. Von uns aus gesehen gehört er sogar zu einem anderen Sternbild. Eine weitere Besonderheit ist die Tatsache, dass zwei der drei Sterne in diesem Dreiersystem von einem Gürtel aus Staub und Eis umgeben sind – ähnlich dem Kuipergürtel in unserem Sonnensystem.
Rätsel um Lichtpunkt “aus dem Nichts”
Noch ungewöhnlicher war aber ein heller Lichtpunkt, den Astronomen im Jahr 2004 mithilfe des Weltraumteleskops Hubble am Innenrand des Staubrings von Fomalhaut A entdeckten. Damals interpretierten sie dieses als Fomalhaut b bezeichnete Objekt als einen Exoplaneten von etwa der dreifachen Jupitermasse. Rätselhaft blieb allerdings, warum dieser Planetenkandidat im sichtbaren Licht zwar hell leuchtete, aber im Infrarot kaum Spuren hinterließ – für einen extrasolaren Gasriesen ist dies schwer erklärbar. Des Rätsels Lösung zeigte sich einige Jahre später: Weitere Hubble-Aufnahmen verrieten, dass dieses Objekt immer lichtschwächer, gleichzeitig aber immer größer und diffuser wurde. Astronomen schlossen daraus, dass der Lichtpunkt Fomalhaut b kein Exoplanet sein konnte. Stattdessen müssen in diesem Sternsystem zwei rund 200 Kilometer große, eisreiche Planetenbausteine zusammengestoßen sein. Diese Kollision verursachte erst einen hellen Lichtpunkt, dann eine sich schnell ausbreitende Staub- und Trümmerwolke. Dies passt zu gängigen Modellen, nach denen in den protoplanetaren Scheiben junger Sterne Planetesimale, Asteroiden und Kometen ständig miteinander kollidieren. Auch das junge Sonnensystem durchlief eine solche Phase.
Jetzt gibt es Neues aus dem Fomalhautsystem. Um herauszufinden, was aus der Trümmerwolke der cs1 getauften Planetesimal-Kollision geworden ist, haben Astronomen um Paul Kalas von der University of California in Berkeley das System im Jahr 2023 und 2024 erneut mit dem Hubble-Teleskop ins Visier genommen. “Unsere ursprüngliche Intention war es, Formalhaut b weiter zu beobachten”, berichtet Co-Autor Jason Wang von der Northwestern University in Illinois. Tatsächlich entdeckten die Forschenden weiterhin einen Lichtpunkt in der Nähe des Staubgürtels von Fomalhaut A. “Aber nachdem wir unsere neuen Aufnahmen mit den alten verglichen, stellten wir fest, dass es sich nicht um dieselbe Quelle handeln konnte. Der Lichtpunkt lag an einer etwas anderen Stelle des Systems.” An der zuvor identifizierten Position des Lichtpunkts cs1 war hingegen nichts mehr zu sehen. ” Das war aufregend und rätselhaft zugleich”, sagt Wang. Um den Stern Fomalhaut A sind demnach zwei verschiedene, aber in ihren optischen Merkmalen ähnliche Lichtpunkte scheinbar aus dem Nichts aufgetaucht.
Kollision von Planetesimalen
Doch worum handelt es sich bei diesen seltsamen Lichtpunkten um Fomalhaut A? Nachdem die Astronomen ihre Daten mehrfach überprüft hatten und sicherstellten, dass es sich nicht um einen Beobachtungsfehler handeln konnte, suchten sie nach einer Erklärung. “Unsere stärkste Vermutung ist, dass wir hier zwei verschiedene Kollisionen von Planetesimalen im Verlauf der letzten 20 Jahre gesehen haben”, sagt Wang. Das sei extrem ungewöhnlich.
Denn theoretischen Modellen zufolge dürften solche Kollisionen nur etwa einmal in 100.000 Jahren stattfinden. Doch bei Fomalhaut A haben die Astronomen jetzt gleich zwei innerhalb von 20 Jahren beobachtet – und es könnte noch deutlich mehr gegeben haben: „Es könnten Hunderte solcher Kollisionen stattgefunden haben, die unbemerkt blieben“, erklärt Co-Autor Bin Ren vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg. „Nur diese beiden waren hell genug, um mit Hubble sichtbar zu werden. Die Nähe von Fomalhaut zur Erde hat uns dabei geholfen, diese schwachen Lichtausbrüche überhaupt zu entdecken.“
Aber selbst für die hochaufgelösten Optiken des Hubble-Teleskops sind die Brocken, die diese Kollisionen verursachten, nicht direkt sichtbar. Anhand der Lichtsignatur der Trümmerwolken konnten die Astronomen aber ermitteln, dass diese Planetesimale ungefähr 30 Kilometer groß gewesen sein müssen. Sie vermuten, dass sich im Staubring um Fomalhaut A noch mindestens 300 Millionen Objekte dieser Größe befinden könnten. “Das Fomalhaut-System ist für uns damit ein natürliches Laboratorium, an dem wir erforschen können, wie sich Planetesimale bei Kollisionen in jungen Systemen verhalten”, sagt Co-Autor Mark Wyatt von der University of Cambridge. “Das kann uns auch Hinweise darauf geben, woraus sie bestehen und wie entstanden sind.”
Rätselhaft bleibt allerdings, warum die beiden Kollisionen sich so nahe beieinander ereignet haben. Wenn Zusammenstöße zwischen Asteroiden oder Planetesimalen zufällig geschehen, wäre es wahrscheinlicher, dass cs1 und cs2 an weiter voneinander entfernten Orten auftreten. Doch sie liegen auffällig nahe beieinander am inneren Rand des äußeren Staubrings von Fomalhaut. Mehr Aufschluss über die Vorgänge in diesem jungen Sternsystem sollen nun weitere Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop, aber vor allem mit dem James-Webb-Teleskop erbringen. Während Hubble die weiterhin sichtbare zweite Kollisionswolke nur im sichtbaren Licht erfassen kann, kann das Webb-Teleskop hochauflösende Aufnahmen und Spektraldaten im Infrarotbereich erstellen. Zusammen könnte die Aufnahmen verraten, wie sich das Objekt cs2 im Laufe der nächsten Jahre verändert, aber auch, wie groß die bei der Kollision erzeugten Staubpartikel sind und woraus sie bestehen.
Quelle: Paul Kalas (University of California, Berkeley) et al., Science, doi: 10.1126/science.adu6266
