Wirbel um einen jungen Gasplaneten zeigt Planetenentstehung live
Auf den Punkt gebracht
Erstes Bild seiner Art: Astronomen haben ein Bild des „Wirbels“ aufgenommen, der entsteht, weil ein Protoplanet mit dem Gas in der ihn umgebenden protoplanetaren Scheibe wechselwirkt.
Herausfordernd kleine Details: Derart kleine Strukturen abzubilden, erfordert ein leistungsstarkes Observatorium wie ALMA sowie besondere Fähigkeiten bei der Analyse der ALMA-Daten.
Erstmals vollständig: Dies ist der erste Planet, bei dem wir Bilder aller Aspekte des Entstehungsvorganges haben, nämlich einen Nachweis des Planeten selbst, ein Bild, das zeigt, dass der Planet noch wächst („akkretiert“), und Bilder der protoplanetaren Scheibe sowie der Wechselwirkung (des „Wirbels“).
Gaswirbel richtig interpretieren: Wirbel im Gas protoplanetarer Scheiben waren bereits vorher separat nachgewiesen worden. Das neue Ergebnis soll langfristig dabei helfen zu erkennen, unter welchen Umständen ein solcher Wirbel auf die Anwesenheit eines Planeten schließen lässt.
Über die vergangenen Jahrzehnte hinweg haben Astronomen eine recht vollständiges Szenario dafür entwickelt, wie neue Planeten entstehen. Den Anfang machen mikroskopische Staubkörner, die miteinander verklumpen. Am Ende kommt es zur Entstehung von Gesteinsplaneten mit Durchmessern von Tausenden von Kilometern wie unserer Erde oder der noch deutlich größeren Gasriesen wie Jupiter. Das Szenario wird durch Simulationen und Beobachtungen gestützt, aber bei den direkten Beobachtungen („Können wir nicht einfach zusehen, wie Planeten entstehen?“) gab es eine wichtige Lücke. Jetzt hat ein Astronomenteam unter der Leitung von Myriam Benisty vom Max-Planck-Institut für Astronomie diese Lücke geschlossen: ihr mit dem ALMA-Observatorium in Chile aufgenommenes Bild zeigt die Wechselwirkungen des Planeten WISPIT 2b – eines Gasriesen mit der fünffachen Masse des Jupiter – mit dem umgebenden Gas der protoplanetaren Scheibe.
Protoplanetare Scheiben und ihre Strukturen
Protoplanetare Scheiben aus Gas und Staub sind die Geburtsorte von Planeten. Sie entstehen im Laufe der Sternentstehung rund um den jeweiligen jungen Stern. Die Planetenentstehung beginnt damit, dass kosmische Staubteilchen in der Scheibe miteinander verklumpen. In einem ersten Schritt entstehen dabei kieselsteingroße Gebilde, Pebbles, die sich im Laufe der Zeit zu größeren Gebilden zusammenfinden, den Planetesimalen mit einer Größe von einigen bis zu hundert Kilometern. Diese Planetesimale wiederum verbinden sich zu soliden, planetengroßen Kugeln. In einem gasreichen Teil der sammeln sich um die Kugeln große Mengen Gas: sie werden zu den Kernen von Gasriesen wie Jupiter oder Saturn.
Beobachtungsdaten für dieses Entstehungsszenario waren bislang überwiegend indirekter Natur. Erst seit etwa einem Jahrzehnt sind direktere Einblicke möglich: Im Jahr 2014, direkt als das Millimeter-/Submillimeter-Observatorium ALMA den wissenschaftlichen Beobachtungsbetrieb aufnahm, lieferte es erste Bilder von ringartigen Strukturen in protoplanetaren Scheiben, welche durch die Anwesenheit junger Planeten in der Scheibe verursacht werden dürften. Im Jahr 2018 gelang es Astronom*innen unter der Leitung von Miriam Keppler, damals Doktorandin am MPIA, mit dem SPHERE-Instrument am Very Large Telescope der ESO das erste bestätigte Bild eines Protoplaneten innerhalb einer protoplanetaren Scheibe aufzunehmen. Es zeigt den Planeten PDS 70b in der Scheibe um den Stern PDS 70.
Das WISPIT-2-System
Mit einer Entfernung von nur etwa 370 Lichtjahren von uns ist das PDS-70-System nahe genug, dass vergleichsweise detailreiche Beobachtungen möglich werden. Wechselwirkungen zwischen den Protoplaneten und dem Gas in der Scheibe konnten allerdings bislang nicht nachgewiesen werden. Die Planeten von PDS 70 scheinen ihre unmittelbare Umgebung recht effektiv von Gas „gereinigt“ zu haben. Im August 2025 eröffnete sich dann eine weitere Chance. Da wurde die Entdeckung des Systems WISPIT 2 bekanntgegeben, mit einer weiteren protoplanetaren Scheibe, in der ein Planet deutlich zu erkennen ist. WISPIT 2 ist nach dem Suchprogramm benannt, das zu seiner Entdeckung führte („WIde Separation Planets In Time“, sehr frei übersetzt: weit von ihrem Stern entfernte Planeten über längere Zeit verfolgt). Das System ist 430 Lichtjahre weit von der Erde entfernt.
Der erste Planet des Systems, WISPIT 2b, ein Gasriese, wurde parallel mit dem SPHERE-Instrument am VLT der ESO und dem 6,5-m-Magellan-Clay-Teleskop entdeckt. Charakteristisches Licht von angeregtem Wasserstoff (die „Hα-Linie“) zeigt, dass dieser nach wie vor Planet Gas aus seiner Umgebung akkretiert, also immer noch wächst. Die Entdeckung eines zweiten Planeten, WISPIT 2c, wurde im März 2026 auf der Grundlage von Beobachtungen mit den VLT-Instrumenten SPHERE und GRAVITY+ bekannt gegeben. Eine kleine Überraschung: Ein im August 2026 veröffentlichter Fachartikel des MPIA-Doktoranden Cade Bürgy zeigt, dass sich im Zentrum der Scheibe nicht ein einzelner Stern, sondern zwei Sterne in einer sehr engen Umlaufbahn umeinander befinden!
Winzige Details als Herausforderung
Was die Erstellung aussagekräftiger astronomischer Bilder der Planetenentstehung besonders schwierig macht, ist der winzige Maßstab der beteiligten Strukturen. Würde Ihnen jemand, der 2 Meter von Ihnen entfernt steht, ein Buch hochhalten, könnten Sie dann den Text lesen? Wie wäre es mit 10 Metern? Bei der Entfernung von WISPIT 2 ist die Abbildung einer Struktur, die so groß ist wie die Entfernung zwischen Erde und Sonne („eine astronomische Einheit“, abgekürzt 1 AE), von der Detailgröße her so schwierig, als wollten sie ein gewöhnliches Buch aus einer Entfernung von 5 Kilometern lesen.
Es gibt zumindest bei Gas- und Staubstrukturen eigentlich nur eine Anlage, die das nötige Auflösungsvermögen besitzt: das ALMA-Observatorium, ein Feld aus 66 Radioteleskopen auf dem Chajnantor-Plateau in den chilenischen Anden, betrieben von einem internationalen Konsortium. Die ALMA-Antennen lassen sich in einer ganz bestimmten Weise so „zusammenschalten“, dass sie so scharf sehen wie ein einziges riesiges Teleskop mit einem Durchmesser von bis zu 16 Kilometern. Nach der Entdeckung von WISPIT 2b lag daher nahe, Gas und Staub in der WISPIT-2-Scheibe mit ALMA genauer unter die Lupe zu nehmen.
ALMA beobachtet das Wispit-2-System
Entsprechend richteten sich im September 2025 die ALMA-Antennen auf das WISPIT 2-System. Die damalige Antennenanordnung entsprach dem größten mit ALMA möglichen Auflösungsvermögen. Weitere Beobachtungen folgten November 2025 und März 2026. Das Beobachtungsprogramm waren von einem Team unter der Leitung von Stefano Facchini von der Universität Mailand geplant und vorgeschlagen worden, zu dem auch Myriam Benisty gehörte, die Leiterin der Abteilung „Planetenentstehung und Exoplaneten“ am MPIA. Facchini, Benisty und weitere Teammitglieder waren bestens vorbereitet: In den vergangenen Jahren hatten sie im Rahmen des Projekts „exoALMA“ ihre Fähigkeiten geschult, aus ALMA-Beobachtungen von protoplanetaren Scheiben möglichst viele Informationen zu gewinnen. Benisty war bereits Teil der Forschungsgruppe gewesen, die WISPIT 2b entdeckt hatte.
Leistungsstarkes Observatorium plus ein Team erfahrener Nutzer*innen erwies sich als die richtige Kombination. Den Astronom*innen gelang es, Bilder des Staubs und des Gases in der protoplanetaren Scheibe aufzunehmen, die so detaillreich waren wie nie zuvor. Spannende Ergebnisse gab es insbesondere beim Gas der Scheibe. Benisty, die diesen Teil des Projekts leitete, sagt: „Wir sehen deutlich, wie beide Planeten das Gas in ihrer Umgebung beeinflussen. WISPIT 2c hat um sich herum eine Art Höhle aus Gas geschaffen, WISPIT 2b eine Lücke im Gas der Scheibe. Um WISPIT 2b herum finden wir genau so eine Art von Gaswirbel, ihn Simulationen von Scheibe-Planet-Wechselwirkungen vorhergesagt haben. Beobachtet wurde solch ein Wirbel allerdings nicht – aber jetzt haben wir ein Bild davon!“ Damit ist WISPIT 2b der einzige Protoplanet, bei dem alle Puzzleteile der Planetenentstehung sichtbar gemacht sind: die protoplanetare Scheibe, der Planeten selbst, der Nachweis, dass der Planet noch immer Materie ansammelt, und nun eben das Gas, wie es direkt mit dem Planeten interagiert. Planetenentstehung live.
Was folgt aus Gaswirbeln?
Die Hoffnung dabei: Sind nach diesem ersten Beispiel erst einmal weitere Beobachtungen dieser Art gelungen, könnte sich eine wichtige offene Frage beantworten lassen. Wirbel allein, ohne den direkten Nachweis eines Planeten, wurden nämlich bereits in anderen protoplanetaren Scheiben beobachtet. Allerdings lassen sich solche Wirbel erst einmal nicht eindeutig interpretieren: Deuten sie auf die Anwesenheit eines selbst nicht sichtbaren Planeten hin? Oder sind da doch nur, ganz ohne Planet, turbulente Prozesse in protoplanetaren Scheiben am Werk? In den jetzt veröffentlichten Beobachtungen sehen wir erstmals beides, Wirbel und Planet. Stefano Facchini von der Universität Mailand, verantwortlich für die ALMA-Beobachtungen, denen wir die neuen Ergebnisse verdanken, sagt: „Hoffentlich helfen Beobachtungen wie diese den Astronomen, in Zukunft Scheibenmerkmale, die auf die Anwesenheit eines Protoplaneten hindeuten, von solchen zu unterscheiden, die auf andere Weise zustandekommen.“
WISPIT 2b ist ein Gasriese in beträchtlicher Entfernung von den Zentralsternen, mit einem Abstand von 57 astronomischen Einheiten fast doppelt so weit entfernt wie Neptun von der Sonne. Fast alle bekannten Exoplaneten befinden sich viel näher an ihrem Zentralstern als das. Die bei der Analyse verwendeten Methoden ebnen den Weg für Beobachtungen solcher ihrem Stern näheren Planeten mit Instrumenten der nächsten Generation, nämlich mit dem 39-Meter-Extremely Large Telescope der ESO und im Rahmen der geplanten Aufrüstung der ALMA-Antennen mit deutlich verbesserter Empfindlichkeit. In etwas mehr als einem Jahrzehnt könnten diese Instrumente eine aktualisierte Version des vorliegenden Ergebnisses liefern: eine Momentaufnahme eines Gasriesen, der sich in derselben Entfernung von seinem Stern befindet wie Jupiter oder Saturn von der Sonne. Damit gewinnen wir dann hoffentlich auch neue Erkenntnisse darüber, wie solche Gasriesen dazu beitragen, ein Sonnensystem wie das unsere zu formen.
Hintergrundinformationen
Die hier vorgestellten Ergebnisse wurden veröffentlicht als M. Benisty et al., „Mapping the WISPIT 2 Planet-Hosting Cavity at Sub-Hill-Radius scales“, in der Fachzeitschrift Astrophysical Letters. Der Nachweis des Doppelsternsystems im Zentrum von WISPIT 2 wurde als A&A-Letter angenommen und ist als E-Print auf dem arXiv verfügbar unter dem Titel: C. J. Bürgy et al., „A closer look at the WISPIT 2 host star. Evidence for a spectroscopic binary.“
Die beteiligten MPIA-Forscher*innen sind Myriam Benisty, Francesco Zagaria und Cade Bürgy in Zusammenarbeit mit Stefano Facchini (Universität Mailand), Richard Teague (MIT), Pietro Curone (Universität Chile), Viviana Pezzotta (Universität Mailand), Jaehan Bae (Universität Florida), Gabriele Cugno (Universität Zürich) und Daniel Price (Monash University).
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.
Myriam Benisty hat Fördermittel vom Europäischen Forschungsrat (ERC) im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms „Horizont 2020“ der Europäischen Union erhalten (PROTOPLANETS, Fördervereinbarung Nr. 101002188). Stefano Facchini dankt der Europäischen Union für einen finanziellen Beitrag (ERC, UNVEIL, 101076613). Die geäußerten Ansichten und Meinungen sind jedoch ausschließlich die der Autoren und spiegeln nicht unbedingt die der Europäischen Union oder des Europäischen Forschungsrats wider, und weder die Europäische Union noch die Förderstelle können dafür verantwortlich gemacht werden.
Bei der Übersetzung des englischen Originals dieser Pressemitteilung wurde in einem Zwischenschritt das Sprachmodell DeepL eingesetzt.
