Erstaunlich vielfältige Scheiben aus Gas und Staub

Ein Instrument, das zum Teil an der ETH Z¨¹rich entwickelt und gebaut wurde, erweist sich als besonders erfolgreich bei der Erforschung neugeborener Sterne, die noch immer von Gas und Staub umgeben sind. Das Instrument heisst SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch) und ist am Very Large Telescope (VLT) der Europ?ischen S¨¹dsternwarte ESO installiert.

Mit SPHERE konnten Astronomen der ETH Z¨¹rich und des Max-Planck-Instituts f¨¹r Astronomie in Heidelberg Bilder von Staubscheiben machen, welche die Geburtsst?tten von Planeten sind. Diese protoplanetaren Scheiben existieren um sogenannte TTauri-Sterne ¨C die Vorl?ufer unserer Sonne ¨C sowie bei deren massereicheren Geschwistern, den Herbig-Ae/Be-Sternen.

Bisher konzentrierten sich die Astronomen in ihren Studien vor allem auf Herbig-Ae/Be-Sterne, doch nun konnten Henning Avenhaus und Sascha Quanz mit Hilfe von SPHERE eine Reihe von TTauri-Scheiben beobachten. Das ehrgeizige Programm heisst DARTTS-S (Disks Around TTauri Stars with SPHERE) und wurde vom Nationalen Forschungsschwerpunkt PlanetS unterst¨¹tzt.

Die Resultate f¨¹r die ersten acht Sterne wurden jetzt in der Zeitschrift ?Astronomical Journal? ver?ffentlicht. ?Wir konnten nicht nur alle acht Scheiben deutlich erkennen?, fasst Henning Avenhaus zusammen, ?sondern wir waren auch ¨¹berrascht, wie unterschiedlich alle aussahen, vor allem in Bezug auf ihre Gr?sse.? W?hrend einige Scheiben auf den Bildern nur einen Radius von 80 Astronomischen Einheiten haben (80 mal die Entfernung Sonne-Erde oder rund die doppelte durchschnittliche Distanz Sonne-Pluto), erstrecken sich andere ¨¹ber erstaunliche 700 AE.

?Die meisten Scheiben weisen Ringe auf, ein Ph?nomen, das aus fr¨¹heren Beobachtungen von Scheiben um massereichere Sterne bekannt ist?, erkl?rt Sascha Quanz: ?Keine von ihnen zeigte jedoch spiralf?rmige Strukturen, was bei Herbig-Scheiben regelm?ssig der Fall ist.? Die Astronomen wollen nun herausfinden, woher dieser Unterschied stammt und was er f¨¹r die Planetenbildung um verschiedene Arten von Sternen bedeutet.

Beginn stand unter einem schlechten Stern

So erfolgreich das Projekt auch war, so schwierig erwies sich der Anfang. Henning Avenhaus erz?hlt: ?Der erste Antrag f¨¹r Beobachtungszeit (damals mit dem ?lteren NACO-Instrument) wurde bereits im M?rz 2013 eingereicht und hoch eingestuft, doch unerwartete Wartungsarbeiten am Instrument machten es unm?glich, Daten zu nehmen.? Dasselbe geschah im September 2013. Auch damals war das Instrument nicht verf¨¹gbar. Beim dritten Versuch im M?rz 2015 flog Henning Avenhaus zum Teleskop, nur um herauszufinden, dass beim Instrument in der Nacht vor Beobachtungsbeginn eine Fehlfunktion aufgetreten war. Allerdings h?tten Wind und Wolken die Arbeit ohnehin verunm?glicht.

Zu diesem Zeitpunkt beschloss das Team, auf das neue Instrument ¨C SPHERE ¨C umzusteigen. Im M?rz 2016 klappte es: Sowohl das Instrument als auch das Wetter verhielten sich anst?ndig, wie sich Henning Avenhaus erinnert: ?Ich war auf dem Cerro Paranal, dem Standort des Very Large Telescope, arbeitete die N?chte durch, um die Beobachtungen zu machen, und ging gelegentlich aus dem Kontrollraum auf die Teleskop-Plattform, wo ich den eindr¨¹cklichen Sternenhimmel bestaunen konnte.?

Die Daten von mehreren Beobachtungsn?chten im M?rz 2016 und 2017 waren qualitativ hervorragend. So wurden die Forscher mehr als f¨¹nf Jahre nach der ersten Idee mit Ergebnissen belohnt, die dazu beitragen werden, die Planetenentstehung besser zu verstehen. ?Der hochwertige Datensatz beweist eindr¨¹cklich, wie leistungsf?hig SPHERE f¨¹r diese Beobachtungen ist?, sagt Sascha Quanz: ?Damit gibt es deutlich mehr Planeten-Geburtsst?tten, die wir mit hoher Aufl?sung studieren konnten. Dies wird uns langfristig einen wichtigen statistischen ?berblick ¨¹ber die Planetenbildung erm?glichen.? Dazu beitragen sollen weitere Resultate des DARTTS-S-Programms und ?hnliche Beobachtungen mit dem Radioteleskop ALMA in Chile.