Mit einer neuen Methode haben Astronomen die Masse des Planetenkindergartens um den Stern TW Hydrae bestimmt. In einer Entfernung von nur 176 Lichtjahren von der Erde ist dies der nächste Stern, der derzeit neue Planeten bildet.
Wo Ägyptologen ihren Rosetta Stone und Genetiker ihre Drosophila-Fruchtfliegen haben, haben Astronomen, die die Planetenbildung untersuchen, TW Hydrae: Ein leicht zugängliches Beispielobjekt mit dem Potenzial, Grundlagen für ein ganzes Untersuchungsgebiet zu liefern. TW Hydrae ist ein junger Stern mit ungefähr der gleichen Masse wie die Sonne. Es ist von einer protoplanetaren Scheibe umgeben: einer Scheibe aus dichtem Gas und Staub, in der sich kleine Eis- und Staubkörner zu größeren Objekten und schließlich zu Planeten zusammenballen. So ist unser Sonnensystem vor mehr als 4 Milliarden Jahren entstanden.
Das Besondere an der TW Hydrae-Scheibe ist ihre Nähe zur Erde: In einer Entfernung von 176 Lichtjahren von der Erde befindet sich diese Scheibe zweieinhalb Mal näher als die nächstgelegenen Exemplare und bietet Astronomen eine unvergleichliche Sicht von diesem hochinteressanten Exemplar - wenn auch nur im übertragenen Sinne, weil die Scheibe zu klein ist, um auf einem Bild zu erscheinen; Das Vorhandensein und die Eigenschaften können nur durch Vergleich des vom System bei verschiedenen Wellenlängen (dh dem Objektspektrum) empfangenen Lichts mit der Vorhersage von Modellen abgeleitet werden.
Künstlerische Darstellung der Gas- und Staubscheibe um den jungen Star TW Hydrae. Neue Messungen mit dem Weltraumteleskop von Herschel haben gezeigt, dass die Masse der Scheibe größer ist als bisher angenommen. Bildnachweis: Axel M. Quetz (MPIA)
Infolgedessen besitzt TW Hydrae eine der am häufigsten beobachteten protoplanetaren Scheiben, und ihre Beobachtungen sind ein Schlüssel zum Testen aktueller Modelle der Planetenbildung. Deshalb war es besonders ärgerlich, dass einer der grundlegenden Parameter der Scheibe ziemlich ungewiss blieb: Die Gesamtmasse des in der Scheibe enthaltenen molekularen Wasserstoffgases. Dieser Massenwert ist entscheidend dafür, wie viele und welche Arten von Planeten sich voraussichtlich bilden.
Bisherige Massenbestimmungen waren stark von Modellannahmen abhängig. Die Ergebnisse wiesen signifikante Fehlerbalken auf, die einen Massenbereich zwischen 0,5 und 63 Jupitermassen überspannten. Die neuen Messungen nutzen die Tatsache, dass nicht alle Wasserstoffmoleküle gleich sind: Einige wenige enthalten ein Deuteriumatom - wo der Atomkern von Wasserstoff aus einem einzelnen Proton besteht, hat Deuterium ein zusätzliches Neutron. Diese geringfügige Änderung bedeutet, dass diese „Wasserstoff-Deuterid“ -Moleküle, die aus einem Deuterium- und einem normalen Wasserstoffatom bestehen, eine signifikante Infrarotstrahlung abgeben, die mit der Drehung des Moleküls zusammenhängt.
Das Weltraumteleskop von Herschel bietet die einzigartige Kombination aus Empfindlichkeit bei den erforderlichen Wellenlängen und der Fähigkeit zur Aufnahme des Spektrums („spektrale Auflösung“), die zum Nachweis ungewöhnlicher Moleküle erforderlich ist. Die Beobachtung legt eine Untergrenze für die Scheibenmasse bei 52 Jupitermassen fest, wobei die Unsicherheit zehnmal kleiner ist als das vorherige Ergebnis. Während TW Hydrae für ein Sternsystem mit Scheibe als relativ alt eingeschätzt wird (zwischen 3 und 10 Millionen Jahre), zeigt dies, dass sich immer noch viel Materie in der Scheibe befindet, um ein Planetensystem zu bilden, das größer ist als unser eigenes (das aus a hervorgegangen ist) viel leichtere Scheibe).
Auf dieser Basis versprechen zusätzliche Beobachtungen, insbesondere mit dem Millimeter / Submillimeter-Array ALMA in Chile, viel detailliertere zukünftige Scheibenmodelle für TW Hydrae - und folglich viel strengere Tests der Planetenbildungstheorien.
Die Beobachtungen werfen auch ein interessantes Licht darauf, wie Wissenschaft gemacht wird - und wie sie nicht gemacht werden sollte. Thomas Henning erklärt: „Dieses Projekt begann in einem ungezwungenen Gespräch zwischen Ted Bergin, Ewine van Dishoek und mir. Wir erkannten, dass Herschel unsere einzige Chance war, Deuteridwasserstoff in dieser Scheibe zu beobachten - eine viel zu gute Gelegenheit, um darauf zu verzichten. Wir haben aber auch erkannt, dass wir ein Risiko eingehen würden. Mindestens ein Modell sagte voraus, dass wir nichts hätten sehen dürfen! Stattdessen waren die Ergebnisse viel besser, als wir zu hoffen gewagt hatten. “
TW Hydrae hat eine klare Lehre für die Komitees, die Mittel für wissenschaftliche Projekte oder im Falle der Astronomie für die Beobachtung der Zeit an großen Teleskopen bereitstellen - und die manchmal eine eher konservative Haltung einnehmen und praktisch verlangen, dass der Antragsteller garantiert, dass sein Projekt funktioniert. In Hennings Worten: "Wenn es keine Chance gibt, dass Ihr Projekt scheitert, machen Sie wahrscheinlich keine sehr interessanten wissenschaftlichen Arbeiten. TW Hydrae ist ein gutes Beispiel dafür, wie sich ein kalkuliertes wissenschaftliches Spiel auszahlen kann. “
Über das Max-Planck-Institut für Astronomie