Astronomen haben eine Art Momentaufnahme einer gewaltigen Kollision riesiger Asteroiden in Beta Pictoris aufgenommen, einem benachbarten Sternsystem, das für sein junges Alter und seine stürmische Planetenbildungsaktivität bekannt ist.
Die Beobachtungen rücken die flüchtigen Prozesse ins Rampenlicht, die Sternsysteme wie das unsere formen, und bieten einzigartige Einblicke in die Urstadien der Planetenentstehung.
„Beta Pictoris befindet sich in einem Alter, in dem die Planetenbildung in der Zone terrestrischer Planeten durch Kollisionen riesiger Asteroiden noch im Gange ist. Was wir hier also im Grunde beobachten könnten, ist die Entstehung von Gesteinsplaneten und anderen Körpern in Echtzeit“, sagte Christine Chen, eine Astronomin der Johns Hopkins University, die die Forschung leitete.
Die Erkenntnisse werden heute präsentiert auf der 244. Treffen der Amerikanischen Astronomischen Gesellschaft in Madison, Wisconsin.
Chens Team entdeckte signifikante Änderungen in den Energiesignaturen, die von den Staubkörnern um Beta Pictoris ausgestrahlt werden, indem es neue Daten des James-Webb-Weltraumteleskops mit Beobachtungen des Spitzer-Weltraumteleskops aus den Jahren 2004 und 2005 verglich. Mithilfe der detaillierten Messungen von Webb konnte das Team die Zusammensetzung und Größe der Staubpartikel genau in dem Bereich verfolgen, der zuvor von Spitzer analysiert wurde.
Die Wissenschaftler konzentrierten sich auf die von kristallinen Silikaten abgegebene Wärme – Mineralien, die häufig um junge Sterne sowie auf der Erde und anderen Himmelskörpern vorkommen – und fanden keine Spuren der Partikel, die zuvor in den Jahren 2004–2005 beobachtet wurden. Dies deutet darauf hin, dass es vor etwa 20 Jahren zu einer kataklysmischen Kollision zwischen Asteroiden und anderen Objekten kam, bei der die Körper zu feinen Staubpartikeln pulverisiert wurden, die kleiner sind als Pollen oder Puderzucker, sagte Chen.
„Wir glauben, dass all dieser Staub das ist, was wir ursprünglich in den Spitzer-Daten von 2004 und 2005 gesehen haben“, sagte Chen, der auch Astronom am Space Telescope Science Institute ist. „Mit Webbs neuen Daten ist die beste Erklärung, die wir haben, dass wir tatsächlich die Folgen eines seltenen, kataklysmischen Ereignisses zwischen großen Körpern in Asteroidengröße beobachtet haben, was eine völlige Veränderung unseres Verständnisses dieses Sternsystems bedeutet.“
Die neuen Daten lassen darauf schließen, dass Staub, der durch die Strahlung des Zentralsterns des Systems nach außen gewirbelt wurde, nicht mehr nachweisbar ist, sagte Chen. Zunächst erhitzte sich Staub in der Nähe des Sterns und gab thermische Strahlung ab, die von Spitzers Instrumenten erkannt wurde. Jetzt gibt Staub, der sich abkühlte, als er sich weit vom Stern entfernte, diese thermischen Eigenschaften nicht mehr ab.
Als Spitzer die ersten Daten sammelte, gingen die Wissenschaftler davon aus, dass etwas wie kleine, sich abreibende Körper den Staub mit der Zeit aufwirbeln und wieder auffüllen würden. Doch Webbs neue Beobachtungen zeigen, dass der Staub verschwand und nicht ersetzt wurde. Die aufgewirbelte Staubmenge sei etwa 100.000 Mal so groß wie der Asteroid, der die Dinosaurier auslöschte, sagte Chen.
Beta Pictoris, das etwa 63 Lichtjahre von der Erde entfernt liegt, steht aufgrund seiner Nähe und der zufälligen Prozesse, bei denen Kollisionen, Weltraumverwitterung und andere planetenbildende Faktoren das Schicksal des Systems bestimmen, schon seit langem im Mittelpunkt des Interesses der Astronomen.
Mit nur 20 Millionen Jahren – verglichen mit unserem 4,5 Milliarden Jahre alten Sonnensystem – befindet sich Beta Pictoris in einem Schlüsselalter, in dem sich Riesenplaneten gebildet haben, aber terrestrische Planeten sich möglicherweise noch entwickeln. Es gibt mindestens zwei bekannte Gasriesen, Beta Pic b und c, die auch den umgebenden Staub und die Trümmer beeinflussen.
„Die Frage, die wir zu kontextualisieren versuchen, ist, ob dieser ganze Prozess der Entstehung von terrestrischen und riesigen Planeten häufig oder selten ist, und die noch grundlegendere Frage: Sind Planetensysteme wie das Sonnensystem so selten?“, sagte Co-Autor Kadin Worthen, ein Doktorand der Astrophysik an der Johns Hopkins University. „Wir versuchen im Grunde zu verstehen, wie seltsam oder durchschnittlich wir sind.“
Die neuen Erkenntnisse unterstreichen auch die unübertroffene Fähigkeit des Webb-Teleskops, die Feinheiten von Exoplaneten und Sternsystemen zu enthüllen, berichtet das Team. Sie liefern wichtige Hinweise darauf, wie die Architektur anderer Sonnensysteme unserer ähnelt, und werden wahrscheinlich das Verständnis der Wissenschaftler darüber vertiefen, wie frühe Turbulenzen die Atmosphären, den Wassergehalt und andere wichtige Aspekte der Bewohnbarkeit von Planeten beeinflussen.
„Die meisten Entdeckungen des JWST beruhen auf Dingen, die das Teleskop direkt entdeckt hat“, sagte Co-Autor Cicero Lu, ein ehemaliger Doktorand der Astrophysik an der Johns Hopkins University. „In diesem Fall ist die Sache etwas anders, denn unsere Ergebnisse beruhen auf Dingen, die das JWST nicht gesehen hat.“
Zu den weiteren Autoren gehören Yiwei Chai und Alexis Li von Johns Hopkins; David R. Law, BA Sargent, GC Sloan, Julien H. Girard, Dean C. Hines, Marshall Perrin und Laurent Pueyo vom Space Telescope Science Institute; Carey M. Lisse vom Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University; Dan M. Watson von der University of Rochester; Jens Kammerer von der Europäischen Südsternwarte; Isabel Rebollido von der Europäischen Weltraumorganisation; und Christopher Stark vom NASA Goddard Space Flight Center.