ASTROnews | 12.04.2012

Extrasolare Sonnensysteme

Kometenzusammenstöße füttern Staubring um Fomalhaut

Fomalhaut ist ein mit 200 Millionen Jahren sehr junger Stern mit der zweifachen Masse unserer Sonne. Er dient den Astronomen als Modell unseres Sonnensystems zu einem Zeitpunkt, als dieses nur ein Zwanzigstel des heutigen Alters hatte. Neue Aufnahmen des ESA-Weltraumteleskops Herschel zeichnen nun ein klareres Bild des chaotischen Staubgürtels um Fomalhaut. Bis zu 2000 Kometen stoßen dort täglich zusammen und produzieren dabei den Staubring um den Stern.

Fomalhauts Staubring im fernen Infrarotlicht
  Fomalhauts Staubring im fernen Infrarotlicht
Der Staubring um den Stern Fomalhaut im Blick des Weltraumteleskops Herschel. Die Aufnahme wurde im Infrarotlicht bei einer Wellenlänge von 70 Nanometern mit dem PACS-Instrument gewonnen. Die Farbskala zeigt die Intensität der Infrarotstrahlung an. Der Stern markiert die Position von Fomalhaut, die sich nicht exakt zentral im Ring befindet; aus diesem Grund ist die Südseite des Staubrings näher am Stern und daher wärmer. Der weiße Kreis zeigt die Position des Planetenkandidaten Fomalhaut b an, der ursprünglich vom Weltraumteleskop Hubble entdeckt wurde, in weiteren Beobachtungen aber nicht bestätigt werden konnte. Die Scheibe rechts unten zeigt das Auflösungsvermögen des PACS-Instruments an.

Seit mehr als zwanzig Jahren untersuchen Astronomen den rund 250 Astronomische Einheiten messenden Staubring. Erstmals registrierte das Weltraumobservatorium IRAS in den 1980er Jahren starke Infrarotstrahlung um den Stern – ein eindeutiges Anzeichen für das Vorhandensein großer Staubmengen, die durch das Sternenlicht erwärmt werden. Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Hubble im sichtbaren Licht zeigten dann ein detailliertes Bild des Staubrings. Forscher schlossen aus diesen Bildern, dass der Staubring vor allem aus relativ großen Staubpartikeln bestünde. Größere Körner streuen weniger Sternenlicht als kleinere, und im sichtbaren Licht leuchtete der Staubgürtel vergleichsweise schwach. Rund 50 Mikrometer müssten die Partikel gemäß den Hubble-Bildern messen.

Die neuen Aufnahmen des Weltraumteleskops Herschel widersprechen nun aber diesem Bild der großen Staubkörner. Herschel beobachtete den Staubring um Fomalhaut in fünf Bereichen im fernen Infrarot, bei Wellenlängen zwischen 70 und 500 Mikrometern. Das Infrarotspektrum, das sich aus diesen Aufnahmen ergibt, liefert ein erstaunliches Ergebnis: Danach können die Staubpartikel nur wenige Mikrometer groß sein, ein Zehntel der von Hubble bestimmten Größe. Auch das bringt die Wissenschaftler wieder in Erklärungsnöte, denn der Strahlungsdruck des Sterns würde derart kleine Staubpartikel schnell aus der Umgebung des Sterns heraustreiben und müsste somit den Ring effizient abtragen. Demnach sollte es den Staubgürtel gar nicht geben.

Die Astronomen um Bram Acke vom Astronomischen Institut der Katholischen Universität im belgischen Löwen bieten in ihrer Veröffentlichung eine Erklärung, welche die scheinbaren Widersprüche miteinander vereinen kann. Poröse Staubteilchen, die aus wenige Mikrometer großen Einzelkörnchen zusammengeklumpt sind, können alle Beobachtungen erklären. Das thermische Abstrahlungsverhalten wird von den kleinen Einzelkörnchen bestimmt und erklärt die Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Herschel. Die Lichtstreuung hingegen ist durch die Gesamtgröße der porösen Staubkonglomerate bestimmt und begründet die Beobachtungen von Hubble. Zudem sind die Partikel groß genug, um dem Strahlungsdruck länger widerstehen zu können. Poröse Staubteilchen sind auch aus unserem Sonnensystem bekannt: Sie entstehen nur bei der Kollision von Kometen miteinander. Zusammenstoßende Asteroiden produzieren eine andere Art von Staub.

Bram und seine Kollegen berechneten die Staubmenge, die jeden Tag um den Stern produziert werden muss, um den erwarteten Verlust durch den Strahlungsdruck auszugleichen. Die Forscher kommen auf das Äquivalent von täglich 2000 Zusammenstößen zwischen einem Kilometer großen Kometenkernen. Das junge Sonnensystem wäre demnach ein wahrhaft chaotischer Ort. Alternativ könnte die Staubproduktion auch durch wenige Kollisionen größerer Kometenkerne erfolgen. Die Gesamtzahl der Kometen im Fomalhaut-System kalkulierten die Wissenschaftler zu 100 Milliarden bis 10 Billionen, je nach angenommener Größe der Kometen. Damit beträgt die Gesamtmasse des Staubgürtels um Fomalhaut 110 Erdmassen. Der Ring ist damit vergleichbar mit dem Kuipergürtel im jungen Sonnensystem, aus dem Pluto und weitere Zwergplaneten jenseits von Neptun entstanden.

© Sterne und Weltraum
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