Unabhängige Planeten! Riesige Planeten bilden Planetensysteme ohne die Anwesenheit eines Sterns
Eine neue Studie zeigt, dass isolierte Planeten und Riesen ihre eigenen Planetensysteme weit entfernt von ihren Sternen bilden können.
Planetensysteme entstehen aus Gas- und Staubwolken, den sogenannten Nebeln. Wenn diese Wolken unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabieren, oft aufgrund einer äußeren Störung, beginnen sie zu rotieren und bilden eine protoplanetare Scheibe um einen dichten Kern. Dieser Kern bildet einen Stern, während innerhalb der Scheibe Teilchen kollidieren und verschmelzen, wachsen und Planeten bilden.
Der gesamte Prozess der Planetenbildung dauert Millionen von Jahren und beinhaltet eine Reihe von Wechselwirkungen zwischen Schwerkraft, Kollisionen und anderen dynamischen Interaktionen innerhalb der Scheibe. Der Zentralstern dominiert das gesamte System durch seine Schwerkraft und bündelt etwa 99 % seiner Masse. Die Schwerkraft des Sterns ordnet die Bahnen der ihn umgebenden Körper und beeinflusst auch die Entstehung und Entwicklung dieser Systeme.
Eine neue Studie hat jedoch gezeigt, dass einige isolierte Riesenplaneten, die weit von ihren Sternen entfernt sind, ihre eigenen Planetensysteme bilden. Diese Planeten wandern allein im interstellaren Raum und scheinen Scheiben aus Material um sich herum anzusammeln, ähnlich wie die protoplanetaren Scheiben, die wir um junge Sterne beobachten. Dies legt nahe, dass Planeten Mini-Planetensysteme bilden können.
Einsturz des Nebels
Die Entstehung eines Planetensystems beginnt mit dem gravitativen Kollaps eines Nebels, einer riesigen Wolke aus interstellarem Gas und Staub. Während des Kollapses beginnt diese Wolke zu rotieren und sich abzuflachen, wodurch eine rotierende Scheibe entsteht, die als protoplanetare Scheibe bezeichnet wird. Im Zentrum konzentriert sich der größte Teil der Masse und bildet einen Protostern, der schließlich zu einem Stern wird.
Mit der Zeit verschmelzen diese Planetesimale und bilden Protoplaneten. Die gravitativen Wechselwirkungen zwischen diesen Körpern formen ihre Bahnen und Massen, und diejenigen, die eine ausreichende Größe erreichen, beginnen, weitere Materie aus der Scheibe anzuziehen. Dieser Prozess dauert Millionen von Jahren, und schließlich entsteht ein Planetensystem mit Planeten, Monden, Asteroiden und Kometen, die den neuen Stern umkreisen. Die Zusammensetzung und Position der einzelnen Planeten hängt von der Dichte und Temperatur der Scheibenregionen ab, in denen sie entstanden sind.
Entstehung von Riesenplaneten
Gasriesenplaneten, wie Jupiter und Saturn, bilden sich in den entferntesten Regionen einer Planetenscheibe. Der Grund dafür ist, dass die Regionen, die am weitesten vom Stern entfernt sind, diejenigen sind, in denen die Temperatur niedrig genug ist, um flüchtige Verbindungen wie Wasser, Methan und Ammoniak zu kondensieren. In diesen Regionen können die Kerne schnell wachsen und etwa die zehnfache Masse der Erde erreichen. Sie beginnen, große Mengen an Wasserstoff und Helium anzuziehen, die die Atmosphären der Gasriesen bilden.
Dieser Prozess findet statt, bevor sich die Gasscheibe auflöst, was innerhalb weniger Millionen Jahre geschieht. Wenn sich der Kern schnell genug bildet, kann er eine Atmosphäre ansammeln, bevor das verfügbare Material aufgebraucht ist. Daher bestimmen die Wachstumsrate und die Lage in der Scheibe, ob sich ein Gasriesenplanet bilden kann. Einmal gebildet, beeinflussen diese Planeten die Bildung kleinerer Körper um sie herum, wie Monde und Ringe.
Isolierte Planeten
Schurkenplaneten sind Planeten, die durch den interstellaren Raum wandern, ohne einen Stern zu umkreisen, und die allein sind. Eine der wichtigsten Hypothesen über ihre Entstehung ist, dass sie sich wie normale Planeten in Planetensystemen bilden, aber schließlich ausgestoßen werden.
Ausstöße können durch gravitative Wechselwirkungen mit anderen Riesenplaneten oder mit dem Zentralstern entstehen, insbesondere in jungen Systemen, die noch sehr instabil sind.
Eine andere Hypothese besagt, dass einige isolierte Planeten direkt aus dem Kollaps von Gaswolken entstehen, denen es an Masse mangelt. In diesem Szenario würden sie eher "gescheiterten Sternen" ähneln, wie etwa massearmen Braunen Zwergen. Jüngste Studien deuten darauf hin, dass diese Planeten häufiger vorkommen als bisher angenommen, und dass einige von ihnen sogar ihre eigenen Systeme mit Monden oder Scheiben um sich herum bilden, auch ohne einen nahen Stern.
Wie schaffen isolierte Planeten ihre eigenen Systeme?
Neue Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass isolierte Riesenplaneten ihre eigenen Planetensysteme bilden können. Das Forscherteam nutzte Daten des James-Webb-Teleskops, um isolierte Objekte mit einer Masse zwischen dem Fünf- und Zehnfachen des Jupiters zu untersuchen. Die Analyse ergab, dass bei sechs dieser Objekte eine übermäßige Infrarotemission festgestellt wurde. Dies könnte auf das Vorhandensein von warmen Staubscheiben in der Umgebung hinweisen.
Diese Staubscheiben sind bereits zu Beginn der Planetenbildung vorhanden. Die Beobachtungen zeigten auch das Vorhandensein von Silikatkörnern in diesen Scheiben, mit Anzeichen von Kornwachstum und Kristallisation. Dies ist das erste Mal, dass dieses Phänomen bei Objekten mit Planetenmasse nachgewiesen wurde. Dies steht im Einklang mit der Erkenntnis, dass die Scheiben um diese isolierten Planeten Millionen von Jahren überdauern können, lange genug, um neue Planeten zu bilden, selbst wenn kein Stern vorhanden ist.
Quellenhinweis:
Damian et al. Spectroscopy of Free-Floating Planetary-Mass Objects and their disks with JWST arXiv