Protoplanetare Scheibe

Protoplanetare Scheiben sind rotierende Scheiben aus Gas und Staub, die junge Sterne (T-Tauri-Sterne) umgeben. In diesen Scheiben entstehen Planeten: Staubkörner kollidieren und wachsen zu Kieselsteinen, dann zu Planetesimalen (kilometergroße Brocken), dann zu Protoplaneten. Der Prozess dauert 1–10 Millionen Jahre.

2014 lieferte das ALMA-Teleskop ein revolutionäres Bild: HL Tauri, ein junger Stern in 450 Lichtjahren Entfernung, umgeben von einer Scheibe mit konzentrischen Lücken, Spuren entstehender Planeten, die Material auf ihrer Bahn aufsaugen. Das Bild wurde zum Poster der modernen Planetenforschung.

Die Zusammensetzung der Scheibe bestimmt, welche Planeten wo entstehen: Innerhalb der Schneegrenze (dort, wo Wasser gefriert, typisch 3 AU bei einem sonnenähnlichen Stern) bilden sich Gesteinsplaneten. Dahinter klumpen sich Eis und Gas zu Gasriesen zusammen. Organische Moleküle in der Scheibe, ALMA hat Glykol, Methylcyanid und sogar Glykonitrile nachgewiesen, liefern die Bausteine des Lebens gleich bei der Planetenentstehung mit.

Die Entstehung von Planetensystemen ist ein beliebtes SF-Thema. Stephen Baxters Raft (1991) spielt in einem Universum mit anderer Physik, in dem Planetenentstehung anders verläuft.

Gerade die scharfen Bilder von ALMA und inzwischen auch des JWST haben die Theorie der Planetenentstehung von einem reinen Rechenmodell zu einer Beobachtungswissenschaft gemacht. Wo man früher nur indirekt aus dem fertigen Sonnensystem zurückschließen konnte, lässt sich heute beim Geburtsvorgang direkt zusehen: Lücken in der Scheibe, an deren Rändern Material angesammelt wird, verraten heranwachsende Planeten, und in einigen Fällen wurden junge Protoplaneten sogar direkt abgebildet, etwa bei PDS 70. Besonders bedeutsam ist der Nachweis komplexer organischer Moleküle und großer Wasserreservoirs in den Scheiben, denn er zeigt, dass die Bausteine für lebensfreundliche Welten schon vor der Planetenbildung bereitstehen. Damit beantwortet die Forschung an protoplanetaren Scheiben eine der ältesten Fragen überhaupt, nämlich woher Planeten und letztlich auch das Material kommt, aus dem Leben besteht. Jede neu beobachtete Scheibe ist ein Schnappschuss aus der Frühzeit eines Sonnensystems.