Planeten entstehen aus den Staubklumpen der Sternenscheibe
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) bewilligt Forschergruppe
Die Entstehung von Planeten ist eine der Schlüsselfragen der modernen Astrophysik. Das rührt vor allem daher, dass die Frage nach der Planetenentstehung die Frage nach dem Ursprung des Lebens überhaupt auf der Erde einschließt. Mit der Entdeckung von bis jetzt 200 extrasolaren Planeten, die um sonnenähnliche Systeme kreisen, ist innerhalb der letzten Jahre das Interesse an solchen Himmelskörpern stark gestiegen.
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat letzte Woche entschieden, ein Forschungsvorhaben zur Planetenentstehung mit insgesamt circa 1,5 Millionen Euro für drei Jahre zu fördern. Bewilligt wurde eine Forschergruppe, welche die Zusammenarbeit von Wissenschaftlern in neun Arbeitsgruppen an den vier Universitäten Tübingen, Heidelberg, Braunschweig und Münster vorsieht. Unter dem Namen »The Formation of Planets: The critical first Growth Phase« will man dem Phänomen der Planetenentstehung weiter auf den Grund gehen. Zudem ist das Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg an dem Projekt beteiligt; Sprecher der Forschergruppe ist Prof. Dr. Wilhelm Kley vom Institut für Astronomie und Astrophysik der Universität Tübingen, Ko-Sprecher sind Dr. Cornelis Dullemond vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, und Priv. Doz. Dr. Mario Trieloff vom Mineralogischen Institut der Universität Heidelberg.
Die Entstehung eines Planeten vollzieht sich parallel zur Entstehung des Sterns, um den er kreist. Ein Planet ist sozusagen ein Nebenprodukt, das bei der Entstehung eines Sterns entsteht. Sterne, wie die Sonne auch, sind bei ihrer Entstehung umgeben von einer Scheibe (protoplanetare Scheibe), die in etwa den Ringen des Saturns ähnelt. Im Gegensatz zu diesen Ringen aber, die nur aus Staub und Eis bestehen, setzt sich die Scheibe eines jungen Sterns aus einer Mischung von Staub, Eis und Gas zusammen. Der erste Schritt von den Bestandteilen der Scheibe hin zum Planeten ist die Gerinnung von Staubteilchen zu immer größeren Staubklumpen (Staubaggregaten). Auch Zusammenstöße zwischen den Partikeln führen dazu, dass sie aneinander haften und größere Aggregate bilden. Diese vergrößern sich durch eine Sequenz von haftenden Stößen von einem Mikrometer bis hin zu vielen tausend Kilometern. Letzteres ist dann der fertige Planet.
Die Forschergruppe beschäftigt sich hauptsächlich mit dieser ersten Phase der Planetenentstehung, das heißt mit dem Wachstum von Staubteilchen. Dazu werden umfangreiche Experimente durchgeführt. An den Universitäten in Braunschweig und Münster werden seit einigen Jahren Partikel-Zusammenstöße im Labor simuliert. Dazu werden Aggregate, die aus Milliarden von Silikat-Kügelchen aufgebaut sind, mit Geschwindigkeiten von bis zu zehn Meter pro Sekunde aufeinander geschossen, und so ihre Haftungseigenschaften und die inneren physikalischen Eigenschaften der porösen Staubklumpen untersucht. Die Forscher in Heidelberg widmen sich der Frage, wie sich die Zusammensetzung der Staubaggregate bei hohen Temperaturen verändert. Eine solche Veränderung kann Auswirkungen auf das Stoß-Verhalten haben. An der Universität Tübingen und am Heidelberger Max-Planck-Institut für Astronomie wird erforscht, wie diese Erkenntnisse sich sowohl auf die Verteilung als auch auf die großräumige Bewegung der Partikel in der Scheibe auswirken und wie dies wiederum die Entstehung von Planeten beeinflusst. Zudem möchte man herausfinden, welche beobachtbaren Effekte man künftig mit astronomischen Methoden untersuchen kann.
Die gesamte Planetenbildung stellt sich als ein höchst komplexer Prozess dar, der verschiedene Aspekte der Physik, der Chemie, der Astronomie und der Mineralogie umfasst. Dr. Mario Trieloff vom Mineralogischen Institut der Universität Heidelberg: »Die Bewilligung dieser Forschergruppe belohnt unsere Anstrengungen der letzten Jahre, eine längst überfällige Brücke zwischen benachbarten Disziplinen zu schlagen. Durch die enge Zusammenarbeit innerhalb der Forschergruppe wird ein interdisziplinärer Austausch von geowissenschaftlicher und astrophysikalischer Expertise systematisch gefördert.«
Die Universität Heidelberg ist mit Arbeitsgruppen des Zentrums für Astronomie (ZAH/ITA), dem Kirchhoff-Institut für Physik (KIP) und dem Mineralogischen Institut beteiligt. Vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg sind die Abteilung Stern- und Planetenentstehung, sowie zwei Nachwuchsgruppen involviert.
Das Thema Planetenentstehung hat auch im Heidelberger Exzellenz-Cluster-Antrag CASTLE (Cluster of ASTrophysicaL Excellence) eine zentrale Stellung in einer von vier grundlegenden Arbeitsgebieten (»Star and Planet Formation«).