(openPR) Astronominnen und Astronomen haben zum ersten Mal einen detaillierten Schnappschuss von Planetensystemen in einer Ära aufgenommen, die lange Zeit im Dunkeln lag. Die ALMA-Studie ARKS (ALMA survey to Resolve exoKuiper belt Substructures, etwa: ALMA-Studie zur Aufdeckung von Substrukturen in Exo-Kuiper-Gürteln) hat mit Hilfe des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) die schärfsten Bilder aller Zeiten von 24 Trümmerringen aufgenommen, den staubigen Gürteln, die nach der Entstehung von Planeten zurückbleiben. Diese Scheiben sind das kosmische Äquivalent zu den Teenagerjahren von Planetensystemen – etwas reifer als neu entstandene, planetenbildende Scheiben, aber noch nicht ganz erwachsen.
Eine fehlende Seite in den Familienalben von Planeten
„Wir haben oft die ‚Babyfotos‘ von Planeten gesehen, die sich gerade bilden, aber bis jetzt fehlte die Jugendphase“, sagt Meredith Hughes, Associate Professor für Astronomie an der Wesleyan University in Middletown, Connecticut, USA, und Co-PI (Co-Principal Investigator, etwa: wissenschaftliche Mitverantwortliche) dieser Studie.
„Trümmerringe stehen für die von Kollisionen geprägte Phase des Planetenentstehungsprozesses“, erklärt Thomas Henning, Wissenschaftler am MPIA (Max-Planck-Institut für Astronomie) und weiterer Co-PI von ARKS. „Mit ALMA können wir die Ringstrukturen sichtbar machen, die auf die Anwesenheit von Planeten hinweisen. Parallel dazu suchen wir mit Hilfe von direkter Bildgebung und Radialgeschwindigkeitsstudien nach jungen Planeten in diesen Systemen.“
Das Pendant zu dieser Phase in unserem eigenen Sonnensystem ist der Kuipergürtel, ein Ring aus eisigen Bruchstücken jenseits von Neptun, der Hinweise gewaltiger Kollisionen und Planetenwanderungen vor Milliarden von Jahren liefert. Durch die Untersuchung von 24 Exoplaneten-Trümmergürteln hat das ARKS-Team einen Einblick in die Vorgänge in unserem Sonnensystem gewonnen, als sich der Mond bildete und die Planeten um ihre endgültigen Positionen rangen und manchmal sogar ihre Umlaufbahnen tauschten!
Teenager-Scheiben: schwer zu „fotografieren“, unmöglich zu ignorieren
Trümmerringe sind lichtschwach, hunderte oder sogar tausende Male dunkler als die hellen, gasreichen Scheiben, in denen Planeten entstehen. Das ARKS-Team hat diese Herausforderungen gemeistert und Bilder dieser Scheiben in beispielloser Detailgenauigkeit produziert. Wie Teenager, die sich vor der Kamera verstecken, haben es diese schwachen Scheiben geschafft, sich jahrelang vor den Forschenden zu verbergen. Dank ALMA können Astronominnen und Astronomen nun ihre komplexen Strukturen erkennen: Gürtel mit mehreren Ringen, breite und glatte Halos, scharfe Kanten und sogar unerwartete Bögen und Klumpen.
Allerdings macht ALMA mit seinen Dutzenden von einzelnen Radioteleskopen keine Bilder im klassischen Sinne. Stattdessen sammelt es Radiosignale, die von Staubpartikeln und Molekülen ausgesendet werden und anschließend verarbeitet und korreliert werden müssen. Jedes Teleskop trägt zum endgültigen Bild bei, das aus dem Strom der Radiowellen zusammengefügt wird.
„Wir sehen eine echte Vielfalt – nicht nur einfache Ringe, sondern mehrringige Gürtel, Halos und starke Asymmetrien, die ein dynamisches und turbulentes Kapitel in der Geschichte der Planeten offenbaren“, fügt Sebastián Marino hinzu, Programmleiter von ARKS und außerordentlicher Professor an der Universität Exeter, Großbritannien.
Highlights und Premieren von ARKS
- Ein neuer Maßstab: ARKS ist die größte und detailreichste Untersuchung von Trümmerringen, vergleichbar mit einem „DSHARP für Trümmerringe“, und setzt damit einen neuen Goldstandard.
- Eine dynamische, turbulente Jugend: Etwa ein Drittel der beobachteten Ringe weist klare Unterstrukturen auf (mehrere Ringe oder deutliche Lücken), was auf Merkmale hindeutet, die aus früheren Phasen der Planetenentstehung stammen oder von Planeten über einen viel längeren Zeitraum geformt wurden.
- Unerwartete Vielfalt: Während einige Scheiben komplexe Strukturen aus früheren Jahren beibehalten, erscheinen andere ruhiger und dehnen sich zu breiten Gürteln aus, ähnlich wie wir es von der Entwicklung des Sonnensystems erwarten.
- Hinweise auf planetarische Umwälzungen: Viele Scheiben weisen Anzeichen für Zonen der Ruhe und des Chaos auf, mit vertikal „aufgeblähten” Regionen, ähnlich wie in unserem Sonnensystem, wo sich ruhige klassische Kuipergürtel-Objekte und solche, die durch die einstige Wanderung des Neptun verstreut wurden, vermischen.
- Überraschende Gasreste: Mehrere Scheiben behalten Gas viel länger als erwartet. In einigen Systemen kann verbleibendes Gas die Chemie der wachsenden Planeten beeinflussen oder sogar Staub in ausgedehnte Halos hinaustreiben.
- Asymmetrien und Bögen: Viele Scheiben sind ungleichmäßig, mit hellen Bögen oder exzentrischen Formen, was auf gravitative Einflüsse von unbekannten Planeten, Überreste von früheren Phasen während der Planetenwanderung oder Wechselwirkungen zwischen Gas und Staub hindeutet.
- Bereitstellung öffentlicher Daten: Alle ARKS-Beobachtungen und verarbeiteten Daten werden der astronomischen Forschung weltweit frei zur Verfügung gestellt, um weitere Entdeckungen zu ermöglichen.
Schlussfolgerungen: Unser Sonnensystem war einst eine wilde Fahrt
Die Ergebnisse von ARKS zeigen, dass diese Teenagerphase eine Zeit des Übergangs und der Turbulenzen ist. „Diese Scheiben dokumentieren eine Zeit, in der die Planetenbahnen durcheinandergeraten waren und gewaltige Einschläge, wie derjenige, der den Mond der Erde geformt hat, junge Sonnensysteme geprägt haben“, sagt Luca Matrà, Co-PI der Studie und außerordentlicher Professor am Trinity College Dublin, Irland.
Durch die Untersuchung Dutzender Scheiben um Sterne unterschiedlichen Alters und Typs trug ARKS dazu bei, zu entschlüsseln, ob chaotische Merkmale vererbt, von Planeten geformt oder durch andere kosmische Kräfte entstanden sind. Die Beantwortung dieser Fragen könnte Aufschluss darüber geben, ob die Geschichte unseres Sonnensystems einzigartig oder die Norm war.
Ausblick: Auf der Suche nach planetenbildenden Kräften
Die Ergebnisse der ARKS-Studie sind eine Fundgrube für Astronomen, die nach jungen Planeten suchen und verstehen wollen, wie Planetenfamilien wie unsere eigene entstehen und sich neu ordnen.
„Dieses Projekt gibt uns eine neue Perspektive für die Interpretation der Krater auf dem Mond, der Dynamik des Kuipergürtels und des Wachstums großer und kleiner Planeten. Es ist, als würde man die fehlenden Seiten im Familienalbum des Sonnensystems hinzufügen“, fügt Hughes hinzu.
Hintergrundinformationen
Die ARKS-Studie ist das Ergebnis der Arbeit eines internationalen Teams von etwa 60 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern unter der Leitung der University of Exeter (Großbritannien), des Trinity College Dublin (Irland) und der Wesleyan University (Middletown, Connecticut, USA). Weitere Informationen finden Sie unter https://arkslp.org/.
Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ist eine internationale astronomische Einrichtung, die von der Europäischen Südsternwarte (ESO), der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF) und den National Institutes of Natural Sciences (NINS) Japans in Zusammenarbeit mit der Republik Chile betrieben wird. ALMA wird von der ESO im Namen ihrer Mitgliedstaaten, von der NSF in Zusammenarbeit mit dem National Research Council of Canada (NRC) und dem National Science and Technology Council (NSTC) in Taiwan sowie von den NINS in Zusammenarbeit mit der Academia Sinica (AS) in Taiwan und dem Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) finanziert.
Der Bau und Betrieb von ALMA wird von der ESO im Namen ihrer Mitgliedstaaten, vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO), das von Associated Universities, Inc. (AUI) verwaltet wird, im Namen Nordamerikas und vom National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) im Namen Ostasiens geleitet. Das Joint ALMA Observatory (JAO) übernimmt die einheitliche Leitung und Verwaltung des Baus, der Inbetriebnahme und des Betriebs von ALMA.
Diese Pressemitteilung wurde weitgehend aus dem Originalartikel des NRAO übernommen.
Bei der Übersetzung des englischen Originals wurde in einem Zwischenschritt das Sprachmodell DeepL eingesetzt.
wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Thomas Henning
Direktor em.
Max-Planck-Institut für AstronomieHeidelberg, Deutschland
Tel.: +49 6221 528-200
E-mail:
Originalpublikation:
S. Marino et al., “The ALMA survey to Resolve exoKuiper belt Substructures (ARKS) — I: Motivation, sample, data reduction, and results overview”
Astronomy & Astrophysics (2025)
DOI: 10.1051/0004-6361/202556489
