Pressemitteilung

Rätselhafte Wellen in Staubscheibe gefunden

Einzigartige Strukturen um sonnennahen Stern entdeckt

7. Oktober 2015

Auf Bildern, die mit dem Very Large Telescope der ESO und dem NASA/ESA-Weltraumteleskop Hubble aufgenommen wurden, haben Astronomen Strukturen in einer Staubscheibe um einen nahen Stern entdeckt, wie sie noch nie zuvor nachgewiesen wurden. Die wellenartigen, schnell bewegten Strukturen in der Scheibe um den Stern AU Microscopii ähneln keinem Phänomen, das Astronomen zuvor beobachtet oder auch nur vorhergesagt hätten. Ursprung und Eigenschaften dieser Strukturen sind demnach ein Rätsel, dem die Astronomen nun weiter nachgehen müssen. Die Ergebnisse werden in der Ausgabe vom 8. Oktober 2015 der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

AU Microscopii, kurz AU Mic, ist ein junger, vergleichsweise sonnennaher Stern, der von einer großen Staubscheibe umgeben ist [1]. Untersuchungen solcher Trümmerscheiben können wertvolle Hinweise darauf liefern, wie in solchen Scheiben Planeten entstehen.

Schon seit längerem haben Astronomen die Scheibe von AU Mic daraufhin abgesucht, ob sich dort Verklumpungen oder Verzerrungen nachweisen lassen könnten, die auf die Position möglicher Planeten hinweisen würden. Im Jahre 2014 nutzten sie dafür die deutlich leistungsfähigeren Möglichkeiten des neu installierten ESO-Instruments SPHERE, das am Very Large Telescope installiert ist und Bilder mit besonders hohen Kontrastwerten liefern kann. Die Beobachtungen hielten für die Astronomen eine Überraschung bereit.

"Unsere Beobachtungen zeigten etwas, das wir nicht erwartet hatten" erklärt Anthony Boccaletti vom Observatoire de Paris, Erstautor des Fachartikels. "Die Bilder von SPHERE zeigen eine Reihe bislang nicht geklärter Strukturen in der Scheibe, die eine bogen- oder wellenartige Struktur haben wie sie nie zuvor beobachtet wurde."

Die neuen Bilder zeigen fünf wellenähnliche Bögen in unterschiedlichen Abständen vom Stern, die an Wasserwellen erinnern. Thomas Henning vom Max-Planck-Institut für Astronomie, der an den Forschungen beteiligt war, sagt: "Gleich auf den ersten Blick haben wir detaillierte Strukturen in der Scheibe gesehen – hätten Sie mir vor ein paar Jahren gesagt, dass solche Bilder 2015 möglich wären, hätte ich Ihnen das vermutlich nicht geglaubt. Wir haben diese Strukturen dann mit Bildern verglichen, die einige Kollegen und ich 2010 und 2011 mit dem Weltraumteleskop Hubble aufgenommen hatten."[2]

Nicht nur, dass die Forscher dieselben Strukturen in den älteren Aufnahmen tatsächlich wiederfinden konnten - es zeigte sich auch, dass sich die Strukturen in der Zwischenzeit verändert hatten. Die Störungen bewegen sich durch die Scheibe - und zwar sehr schnell!

"Wir haben die Hubble-Bilder noch einmal analysiert und hatten am Ende die nötigen Informationen, um die Bewegung der seltsamen Strukturen über eine Periode von vier Jahren zu verfolgen", erklärt Christian Thalmann (ETH Zürich), ein Mitglied des Forscherteams. "So fanden wir heraus, dass die Bögen sich mit Geschwindigkeiten von bis zu 40.000 Kilometern pro Stunde von dem Stern entfernen!"

Diejenigen Strukturen, die weiter vom Stern entfernt sind, scheinen sich dabei schneller zu bewegen als die sternnäheren Strukturen. Mindestens drei der Strukturen bewegen sich so schnell, dass sie der Schwereanziehung des Sterns entkommen könnten. Solche hohen Geschwindigkeiten schließen aus, dass es sich um herkömmliche Scheibeneigenschaften handelt, die als Störungen hervorgerufen werden, wenn sich Objekte - wie etwa Planeten - auf ihrer Umlaufbahn um den Stern durch das Scheibenmaterial bewegen. Etwas anderes muss dafür gesorgt haben, dass die Wellen an Fahrt aufgenommen und derart hohe Geschwindigkeiten erreicht haben - und das zeigt, dass wir es mit etwas wirklich ungewöhnlichem zu tun haben [3].

"Alles, was diese Entdeckung betrifft, war überraschend", kommentiert Koautorin Carol Grady von der US-amerikanischen Firma Eureka Scientific. "Und weil Strukturen dieser Art bislang weder beobachtet noch von den Theorien vorhergesagt wurden, können wir nur vermuten, was wir da sehen und wie es entstanden ist."

Das Team kann nicht mit Sicherheit sagen, was diese rätselhaften, wellenartigen Störungen rund um den Stern verursacht hat. Aber sie haben einige mögliche Erklärungen analysiert und ausgeschlossen, inklusive des Zusammenstoßes zweier massereicher und seltener asteroidenartiger Objekte, welche große Mengen von Staub freisetzen, und Spiralwellen, die durch Schwerkraft-Instabilitäten des Systems entstehen.

Andere Ideen scheinen den Forschern vielversprechender: "Eine Erklärung für die sonderbaren Strukturen könnten Eruptionen des Sterns sein. AU Mic ist ein in dieser Hinsicht sehr aktiver Stern - er stößt vergleichsweise oft große Mengen an Energie an oder nahe seiner Oberfläche aus", erklärt Glenn Schneider vom US-amerikanischen Steward Observatory. "Eine dieser Eruptionen könnte etwas auf einem der Planeten ausgelöst haben - falls es dort Planeten gibt. Sie könnte dort gewaltsam Materie losgelöst haben, die sich jetzt durch die Scheibe bewegt, angetrieben durch die Wucht der Eruption."

"Es ist eine große Genugtuung für mich, dass SPHERE sich bereits in seinem ersten Betriebsjahr als so geeignet erweist, Scheiben wie diese hier zu untersuchen", fügt Jean-Luc Beuzit hinzu, der nicht nur Koautor der neuen Studie ist, sondern auch die Entwicklungsarbeit an SPHERE geleitet hat.

Die Astronomen planen jetzt, das AU-Mic-System sowohl mit SPHERE als auch mit anderen Observatorien (inklusive ALMA) zu beobachten um herauszufinden, was dort passiert. Bis dahin bleiben die sonderbaren Strukturen ein Rätsel.

Endnoten

[1] AU Microscopii ist nur 32 Lichtjahre von der Erde entfernt. Die Scheibe besteht im wesentlichen aus Asteroiden, die mit solcher Wucht aufeinandergestoßen sind, dass sie zu Staub zermahlen wurden.

[2] Die Daten wurden mit dem Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) des Weltraumteleskops Hubble aufgenommen.

[3] Der Umstand, dass wir direkt von der Seite auf die Scheibe blicken, erschwert Rekonstruktionen der dreidimensionalen Struktur dessen, was dort vor sich geht.

Weitere Informationen

Die hier vorgestellten Ergebnisse sind Inhalt des Fachartikels "Fast-Moving Structures in the Debris Disk Around AU Microscopii", der am 8. Oktober 2015 in der Zeitschrift Nature erscheint.

Das internationale Forscherteam, das die Arbeiten durchführte, besteht aus Anthony Boccaletti (Observatoire de Paris, CNRS, Frankreich), Christian Thalmann (ETH Zürich, Schweiz), Anne-Marie Lagrange (Université Grenoble Alpes, Frankreich; CNRS, IPAG, Frankreich), Markus Janson (Universität Stockholm und Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg), Jean-Charles Augereau (Université Grenoble Alpes, France; CNRS, IPAG, Frankreich), Glenn Schneider (University of Arizona Tucson, USA), Julien Milli (ESO, Chile; CNRS, IPAG, Frankreich), Carol Grady (Eureka Scientific, USA), John Debes (STScI, USA), Maud Langlois (CNRS/ENS-L, France), David Mouillet (Université Grenoble Alpes, France; CNRS, IPAG, Frankreich), Thomas Henning (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg), Carsten Dominik (Universität Amsterdam), Anne-Lise Maire (INAF–Osservatorio Astronomico di Padova, Italien), Jean-Luc Beuzit (Université Grenoble Alpes, France; CNRS, IPAG, France), Joe Carson (College of Charleston, USA), Kjetil Dohlen (CNRS, LAM, Frankreich), Markus Feldt (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg), Thierry Fusco (ONERA, France; CNRS, LAM, Frankreich), Christian Ginski (Sterrewacht Leiden, Niederlande), Julien H. Girard (ESO, Santiago, Chile; CNRS, IPAG, Frankreich), Dean Hines (STScI, USA), Markus Kasper (ESO, Deutschland; CNRS, IPAG, Frankreich), Dimitri Mawet (ESO, Chile), Francois Ménard (Universidad de Chile, Chile), Michael Meyer (ETH Zürich), Claire Moutou (CNRS, LAM, Frankreich), Johan Olofsson (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg), Timothy Rodigas (Carnegie Institution of Washington, USA), Jean-Francois Sauvage (ONERA, Frankreich; CNRS, LAM, Frankreich), Joshua Schlieder (NASA Ames Research Center, USA; Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg), Hans Martin Schmid (ETH Zürich, Switzerland), Massimo Turatto (INAF–Osservatorio Astronomico di Padova, Italien), Stephane Udry (Observatoire de Genève, Schweiz), Farrokh Vakili (Université de Nice-Sophia Antipolis, Frankreich), Arthur Vigan (CNRS, LAM, Frankreich; ESO, Chile), Zahed Wahhaj (ESO, Chile; CNRS, LAM, Frankreich) und John Wisniewski (University of Oklahoma, USA).

Die Europäische Südsternwarte (engl. European Southern Observatory, kurz ESO) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch 16 Länder: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Italien, die Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO verfügt über drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Chile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts und zwei Teleskope für Himmelsdurchmusterungen: VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt, arbeitet im Infraroten, während das VLT Survey Telescope (VST) für Himmelsdurchmusterungen ausschließlich im sichtbaren Licht konzipiert ist. Die ESO ist einer der Hauptpartner bei ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Auf dem Cerro Armazones unweit des Paranal errichtet die ESO zur Zeit das European Extremely Large Telescope (E-ELT) mit 39 Metern Durchmesser, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

Links

• Fachartikel in Nature
• Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie, Heidelberg

Kontaktinformationen

Anthony Boccaletti
LESIA, Observatoire de Paris, CNRS
Paris, France
Tel: +33 145 07 7721
E-Mail: anthony.boccaletti@obspm.fr

Jean-Luc Beuzit
Université Grenoble Alpes/ CNRS/ IPAG
Grenoble, France
Tel: +33 4 76 63 55 20
E-Mail: Jean-Luc.Beuzit@obs.ujf-grenoble.fr

Carol Grady
Eureka Scientific
USA
Tel: +1 202 319 5315
E-Mail: cagrady@comcast.net

Glenn Schneider
Steward Observatory, University of Arizona
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Tel: 1 520 621 5865
E-Mail: gschneid@email.arizona.edu

Christian Thalmann
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E-Mail: thalchr@phys.ethz.ch

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