Astronomen haben neue Erkenntnisse über die Entstehung von Planeten um einander umkreisende Zwillingssterne gewonnen.
Obwohl wir am besten mit Planeten vertraut sind, die einen einzelnen Zentralstern umkreisen – wie der Aufbau unseres Sonnensystems –, existieren mehr als 50 % der Sterne im Kosmos in einem Doppelsternsystem, das heißt, sie haben einen Sternbegleiter. Diese Doppelsternsysteme können auch von Planeten umgeben sein, die einen der Sterne auf einer „zirkumstellaren Umlaufbahn“ umkreisen oder beide Sterne auf einer viel größeren „zirkumbinären Umlaufbahn“ umkreisen.
Mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), das aus einer Kombination von 66 Radioteleskopen im Norden Chiles besteht, und dem 10-Meter-Teleskop Keck II auf Hawaii sammelten Astronomen Daten zu zwei Systemen von Zwillingssternen. Was sie entdeckten, könnte unser Verständnis der Bedingungen verändern, die eine solche Planetenbildung in Doppelsternsystemen fördern oder hemmen können.
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Sind zwei Sterne besser als einer für die Geburt eines Planeten?
Die Entstehung von Doppelsternen unterscheidet sich kaum von der Entstehung einzelner Sterne. Diese Körper entstehen, wenn dichte Wolken aus kaltem interstellarem Gas übermäßig dichte Bereiche bilden, die mehr Masse ansammeln und schließlich unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabieren, um ein Sternkind namens „Protostern“ zur Welt zu bringen.
Dieser Protostern sammelt weiterhin Material aus seinem pränatalen Kokon aus Gas und Staub, bis er genug Masse hat, um in seinem Kern die Kernfusion von Wasserstoff zu Helium auszulösen, den Prozess, der einen Hauptreihenstern definiert. Es ist wichtig zu beachten, dass einige dieser interstellaren Wolken groß genug sind, um die Bildung von zwei oder sogar drei Hauptreihensternen in ihnen zu ermöglichen.
Was von dieser Gas- und Staubwolke nach der Entstehung dieser Sterne übrig bleibt, umgibt sie als das, was Astronomen als „protoplanetare Scheibe“ bezeichnen. Wie der Name schon sagt, bilden sich aus diesen Scheiben Planeten. Wie die Planeten selbst können Scheiben zirkumstellar sein und einen einzelnen Stern umgeben, oder zirkumbinär sein und das gesamte System umgeben.
Wissenschaftler kennen derzeit weder die Faktoren, die es diesen Scheiben ermöglichen, lange genug zu bleiben, um Planeten entstehen zu lassen, noch wissen sie, was letztendlich dazu führt, dass sie sich auflösen. Es stellt sich heraus, dass die zirkumstellaren Scheiben binärer Protosternsysteme vor der Hauptreihe die idealen Laboratorien für die Untersuchung dieser Fragen sein könnten.
Eigenschaften dieser frühen Scheiben, wie ihre Größe, Substrukturen und sogar Neigungen (relativ zu Protosterneigenschaften wie Rotationsgeschwindigkeit und Magnetfeldstärke), können Details über die komplexen Wechselwirkungen offenbaren, die diese Geburtsumgebungen von Planeten prägen.
Darüber hinaus bedeutet die Allgegenwärtigkeit von Mehrsternsystemen im Universum, dass die Untersuchung der Planetenentstehung um Zwillingssterne von entscheidender Bedeutung ist, um diesen Prozess auf einer tieferen Ebene zu verstehen.
Eines der Doppelsternsysteme, an denen das Team mit ALMA und Keck II arbeitete, war DF Tau, bestehend aus zwei Protosternen mit etwa 0,6-facher Sonnenmasse und etwa 150 Lichtjahre von der Erde entfernt, in der Sternentstehungsregion Taurus.
Die beiden Sterne von DF Tau sind durch einen Abstand voneinander getrennt, der etwa dem 14-fachen Abstand zwischen Erde und Sonne entspricht; Für ihre sehr langgestreckten Umlaufbahnen benötigen sie etwa 44 Erdenjahre.
Faszinierenderweise entdeckte ALMA, dass die interstellare Wolke, die für die Geburt dieser Sterne verantwortlich war, sich in zwei zirkumstellare Scheiben aufgespalten hatte. Einer von ihnen ist magnetisch mit dem Zentralstern, DF Tau A, verbunden und versorgt ihn aktiv mit Materie, um sein Wachstum zu erleichtern. Der andere scheint sich vom anderen Stern, DF Tau B, gelöst zu haben. Der zentrale Bereich der Scheibe scheint erodiert zu sein, da sich der junge Stern schnell dreht.
Dies deutete für das Team darauf hin, dass möglicherweise ein Zusammenhang zwischen der Rotation junger Sterne und der magnetischen Fixierung der Scheiben auf ihnen und damit der frühen Auflösung dieser Sterne von den Scheiben besteht. Darüber hinaus scheinen Fehlausrichtungen zwischen der Umlaufbahn von DF Tau, seinen zirkumstellaren Scheiben und der Neigung seiner Sterne die allgemeine Entwicklung der Scheibe zu beeinflussen.
Das zweite Doppelsternsystem, auf das sich das Team konzentrierte, war das sehr junge FO-Tau-System, 2,8 Millionen Jahre alt (denken Sie für den Kontext daran, dass das Sonnensystem 4,6 Millionen Jahre alt ist). Milliarde Jahre).
Auch dieses System befindet sich etwa 450 Lichtjahre von uns entfernt. Seine Sterne, FO Tau A und B, befinden sich in einer kreisförmigeren Umlaufbahn als die von DF Tau. Sie sind auch weiter voneinander entfernt, wobei FO Tau B FO Tau A in einer Entfernung umkreist, die etwa dem 22-fachen der Entfernung zwischen Erde und Sonne entspricht.
Dank ALMA entdeckten Astronomen, dass die Scheiben von FO Tau auf die Umlaufbahn dieses Doppelsterns ausgerichtet sind. Beide Sterne weisen langsamere Rotationsraten auf und beide zirkumstellaren Scheiben bleiben magnetisch an ihre Protosterne gebunden. Dies deutet darauf hin, dass Systeme wie FO Tau mit langsameren Sternen und kreisförmigeren Umlaufbahnen möglicherweise besser für die Bildung von Planetenkörpern um ihre beiden Sternkomponenten geeignet sind als schnelle Systeme mit verlängerten Umlaufbahnen.
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ALMA-Beobachtungen anderer einzelner und binärer Sternscheiben haben komplexe Unterstrukturen innerhalb der Scheiben offenbart, darunter Merkmale wie Spiralmuster, Lücken und Ringformationen.
Obwohl diese Strukturen derzeit für DF Tau und FO Tau nicht sichtbar sind, hat die Bestimmung der großräumigeren Eigenschaften dieser beiden nahegelegenen Doppelsternsysteme unser Verständnis der Planetenbildungsumgebungen erheblich erweitert.
Die Ergebnisse des Teams wurden auf der 244. Tagung der American Astronomical Society (AAS) bekannt gegeben.