SPHERE und Hubble zeigen Vielfalt der Scheiben um Sterne – in echten Bildern

Acht zirkumstellare Scheiben, aufgenommen mit dem Instrument SPHERE am Very Large Telescope in nahinfraroten H-Band. Die Scheiben sind alle im selben absoluten Maßstab dargestellt (Skala 100 Astronomische Einheiten = Abstände Erde - Sonne) und in individueller logarithmischer Streckung, so dass möglichst viel Detail erkennbar wird. In Grün sind die überstrahlte unmittelbare Umgebung der Sterne (rot) und schlechte Pixel ausgeblendet. [Avenhaus et al.]

Die Staub- und Gasscheiben um viele Sterne, die zirkumstellaren Scheiben, sind seit der ersten erfolgreichen direkten Abbildung 1984 (bei Beta Pictoris) eine ständige Herausforderung für Großteleskope und ihre neuesten Instrumente – drei aktuelle Veröffentlichungen zeigen die Vielfalt der Ergebnisse. So hier bei den ersten 8 Bildern des Programms DARTTS-S, was für “Disks ARound TTauri Stars with SPHERE” steht: Mit dem Instrument SPHERE des Very Large Telescope, spezialisiert auf schwache Gebilde dicht neben hellen Sternen, werden T-Tauri-Sterne untersucht, also sehr junge Sterne – und zwar solche, von denen besonders viel Infrarot-Strahlung kommt. Diese ist ein ziemlich sicheres Indiz für viel Staub, und tatsächlich zeigten die ersten 8 untersuchten jungen Sterne prompt jeder eine ausgeprägte Staubscheibe, wenn auch sehr unterschiedlich groß und verschieden geformt. Die Entwicklung solcher Scheiben ist offenbar ein chaotischer Prozess mit vielen möglichen Wegen – was zur Vielfalt der Planetensysteme passt, die später daraus entstehen.

Schnell wandernde Strukturen in der – genau von der Seite gesehenen – Scheibe um den Stern AU Microscopii, der sich rechts außerhalb des Bildfelds befindet. Bilder mit dem SPHERE-Instrument wurden mit wachsendem Abstand vom Stern nach links zunehmend aufgehellt, so dass gerade die schwachen Außenstrukturen deutlich werden. Die senkrechten Linien zeigen die ursprünglichen Positionen von dreien 2014: Bis 2017 haben sie sich erheblich verschoben. [Boccaletti et al.]

Ein besonderer Fall, der schon länger die Forschung beschäftigt, ist die Scheibe um den jungen M-Zwergstern AU Microscopii, die genau von der Seite gesehen wird – und in der sich ziemlich rasant auffällige Muster bewegen. Die wurden schon erst mit dem Hubble Space Telescope verfolgt und dann auch mit SPHERE, zu inzwischen 11 verschiedenen Zeitpunkten: Die neueste Auswertung der Bilder-Serien hat viele der bekannten Strukturen wieder gefunden und ihre hohe Geschwindigkeit von – in Projektion auf der Himmelsebene – 4 bis 12 km/s bestätigt, wobei diese mit wachsendem Sternabstand linear zunimmt. Außerdem wurden weitere wandernde Muster identifiziert, aber Sinn scheint das alles so wenig wie zuvor zu machen: Was physikalisch dahinter steckt und wie die Dynamik funktioniert, bleibt rätselhaft. Und erst recht, wie das alles in den Kontext der Planetenentstehung um M-Sterne passt: Zirkumstellare Scheiben um M-Sterne sind ohnehin nur wenige bekannt (wobei gerade ein neuer Fall entdeckt wurde, ebenfalls mit SPHERE). Auf jeden Fall müssen die Muster in der Scheibe um AU Mic sehr jung sein, sonst wären sie längst wieder verschmiert: Ein unsichtbarer Planet als treibende Kraft liegt nahe.

Die äußeren Staubstrukturen um den Stern HR 4796A auf einer besonders tiefen Aufnahme des Weltraumteleskops Hubble: Der bekannte helle Ring entpuppt sich als Teil einer gigantischen Staubstruktur – die auf einer Seite ziemlich abrupt abbricht. [NASA/ESA/G. Schneider (Univ. of Arizona)]

Das Weltraumteleskop Hubble hat mit seinem 2,5-Meter-Spiegel zwar nicht die Sehschärfe des 8-Meter-VLT mit seinen zudem moderneren Instrumenten wie SPHERE – aber wenn es um besonders “tiefe” Aufnahmen mit hoher Auflösung geht, ist es ungeschlagen. Und so hat Hubbles Blick auf den ‘Klassiker’ HR 4796A nun eine weit ausgedehntere Staubstruktur um den jungen Stern aufgespürt als nur den lange bekannten schmalen Staubring, der durch Kollisionen zwischen Kleinkörpern in einem Äquivalent des solaren Kuipergürtels entstehen dürfte, in Form gehalten von einem mutmaßlicheren größeren Planeten. Die tiefen Hubble-Bildern zeigen nun eine asymmetrische und dramatisch größere Staubstruktur aus “Exo-Ring-Material”: Das ist offenbar schon gar nicht mehr gravitativ an den Stern gebunden, sondern hat das System unter anderem durch Reibung am interstellaren Medium verlassen. Das könnte ein durchaus häufiges Phänomen in solchen Systemen sein, aber in den meisten Fällen ist der Nachweis technisch schlicht zu schwierig. Im Falle von HR 4796A dürfte auch ein naher Begleiter eine gewichtige Rolle gespielt haben, der einerseits die Staubteilchen zusätzlich aus dem System blies und zum anderen die Struktur auf seiner Seite begrenzt.

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