Die Grenze zwischen Sternen und Planeten erscheint immer weniger scharf. Objekte wie Braune Zwerge, die weder ganz Sterne noch ganz Gasplaneten sind, verwischen die von Astronomen etablierten Kategorien und beleuchten einen unscharfen Bereich der Entstehung von Himmelskörpern.
Um mehr Klarheit zu schaffen, hat ein Team kürzlich eine Gruppe von 70 Objekten untersucht, die von Planeten mit der Masse Jupiters bis hin zu fast stellaren Braunen Zwergen reichen. Indem sie die Beziehung zwischen ihrer Masse, der chemischen Zusammensetzung ihres Wirtssterns und der Form ihrer Umlaufbahnen untersuchten, hofften die Forscher, eine klare Grenzlinie zwischen den Entstehungsmodi zu ziehen. Die in
The Astronomical Journal vorgestellten Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Realität weitaus unschärfer ist als erwartet.
Ein Größenvergleich zwischen Planeten, Braunen Zwergen und den kleinsten Sternen.
Credit: NASA/JPL-Caltech Sterne wie unsere Sonne entstehen, wenn riesige Gaswolken unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabieren. Im Zentrum dieser Ansammlungen wird der Druck so stark, dass Atome fusionieren, Kernreaktionen auslösen und dabei Wärme und Licht freisetzen. Dieser Prozess, der als gravitationeller Kollaps bezeichnet wird, bringt Himmelskörper hervor, die Milliarden von Jahren lang leuchten können.
Die riesigen Gasplaneten wie Jupiter entstehen ihrerseits durch die Akkretion von Materie in einer Scheibe, die einen jungen Stern umgibt. Staubkörner verklumpen allmählich und bilden einen felsigen Kern, der dann große Mengen an Gas anzieht.
Braune Zwerge nehmen eine faszinierende Zwischenposition ein. Mit einer Masse zwischen der 13- und 80-fachen Masse Jupiters sind sie zu leicht, um wie ein Stern Wasserstoff zu fusionieren, aber massereich genug, um die Fusion von Deuterium, einem Isotop des Wasserstoffs, zu zünden. Diese einzigartige Eigenschaft stellt sie in einen Zwischenbereich, in dem die traditionellen Klassifikationen nicht eindeutig sind.
Die von Gregory Gilbert und seinen Kollegen geleitete Studie analysierte, wie sich die Masse der Objekte zur Metallizität ihres Sternsystems und zur Exzentrizität ihrer Umlaufbahnen verhält. Sie erwarteten, eine klare Trennlinie zu sehen, aber die Daten zeigen einen graduellen Übergang. Beispielsweise erlaubt die Anwesenheit schwerer Elemente wie Eisen nicht, zwischen Objekten zu unterscheiden, die durch Kollaps entstanden sind, und solchen, die durch Akkretion entstanden sind.
Es scheint also ein Kontinuum zu existieren, in dem sich die Entstehungsprozesse überlappen, was es schwierig macht, einen gescheiterten Stern von einem überdimensionierten Planeten zu unterscheiden. Die Astronomen untersuchen nun andere Parameter wie die Bahndynamik oder die atmosphärische Zusammensetzung, um ihr Verständnis zu verfeinern. Diese Beobachtungen führen dazu, die Modelle, die die Geburt der Himmelskörper beschreiben, neu zu bewerten.
Der Einfluss der chemischen Zusammensetzung von Sternsystemen
Die Metallizität eines Sternsystems, also sein Gehalt an Elementen, die schwerer als Helium sind, spielt eine wichtige Rolle bei der Planetenentstehung. Diese Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff und Eisen stammen oft von früheren Generationen von Sternen, die ihre Materie im Weltraum verstreut haben. Ein metallreiches Umfeld begünstigt die Anlagerung von Staub und Gas und erleichtert die Entstehung von Riesenplaneten.
Wenn ein Stern in einer Molekülwolke entsteht, bestimmt die anfängliche Zusammensetzung dieser Wolke die Menge an verfügbarem Material für den Bau von Planeten. Systeme mit hoher Metallizität neigen dazu, mehr felsige und gasförmige Körper hervorzubringen, da sich Staubkörner leichter zusammenballen. Das erklärt, warum Exoplaneten häufig um sogenannte "metallische" Sterne herum entdeckt werden.
Die Beziehung zwischen Metallizität und Entstehung ist jedoch nicht immer linear. Einige massereiche Objekte wie Braune Zwerge können in metallarmen Systemen auftreten, was darauf hindeutet, dass andere Faktoren eine Rolle spielen. Die Schwerkraft, die Turbulenz der protoplanetaren Scheibe oder die Anwesenheit von stellaren Begleitern können ebenfalls das Endergebnis beeinflussen.
Astronomen verwenden Spektrometer, um die Metallizität von Sternen zu messen, indem sie das von ihnen ausgestrahlte Licht analysieren. Diese Daten helfen, die Geschichte der Planetenentstehung nachzuvollziehen und zu verstehen, warum einige Systeme sehr vielfältige Planeten beherbergen.
Quelle: The Astronomical Journal