Milchstraße leuchtet in schönen Schwarz-Weiß-Foto

Astronomen haben den Punkt identifiziert, an dem Kohlenmonoxid (CO) in der Scheibe um einen sonnenähnlichen Stern gefriert - Informationen, die ihnen helfen könnten, zu verstehen, wie sich Planeten bilden.

Ein Team internationaler Wissenschaftler hat die CO-Schneelinie für einen Stern namens TW Hydrae berechnet und festgestellt, dass sich das Gas etwa in der Entfernung von Neptun verfestigt, wo es die Bildung der äußeren Kanten des Systems unterstützen könnte.

"Die CO-Schneegrenze ist interessant, nicht nur, weil CO in den Scheiben reichlich vorhanden ist, sondern aufgrund der niedrigen Ausfriertemperatur auch die Schneegrenze am besten für direkte Beobachtungen zugänglich ist - sie ist weiter vom Stern entfernt", sagte der Hauptforscher Chunhua Qi des Harvard-Smithsonian Zentrums für Astrophysik. "Es könnte den Ausgangspunkt markieren, an dem sich kleinere Eiskörper wie Kometen und Zwergplaneten wie Pluto bilden würden." [Unser Sonnensystem: Eine Fototour der Planeten]

Flüchtige Stoffe wie Kohlenmonoxid gefrieren bei einer Reihe von Temperaturen und jeder kann seinen eigenen Einfluss auf das Wachstum von umkreisenden Körpern haben.

Tracer-Ionen

Sterne bilden sich, wenn eine Scheibe aus Staub und Gas aufgrund der Schwerkraft in sich zusammenfällt. Das verbleibende Material umkreist das neu gebildete Objekt weiterhin in einer Materialscheibe.

Wenn Staub- und Gaspartikel durch die Scheibe gelangen, sagen Wissenschaftler, dass sie zusammenkommen, um größere und größere Klumpen zu bilden, die schließlich zu Planeten wachsen können. Gefrorene flüchtige Stoffe unterstützen diesen Prozess.

"Die Schneegrenze liefert klebrigere feste Körner und verbessert die Effizienz der Planetenbildung und das Kornwachstum", sagte Qi in einer E-Mail an ProfoundSpace.org.

Aber die Bestimmung der Lage dieser Körner kann eine Herausforderung sein. Die Emission von flüchtigen Stoffen entlang der Außenseite der Scheibe kann es für Wissenschaftler schwierig machen, die verräterischen Anzeichen von gefrorenen Verbindungen abzubilden.

Um den Bereich der Platte zu finden, in dem CO gefriert, nutzten Qi und sein Team eine neue Technik. Mit dem Atacama Large Millimeter Array (ALMA) in Chile suchten sie nach dem Ionendiazenylium (N2H +) und nicht nach dem schwer zu findenden Kohlenmonoxid um TW Hydrae, das 176 Lichtjahre von der Erde entfernt liegt.

"N2H + wird in Gegenwart von CO-Gas leicht zerstört und ist dort, wo CO ausgefroren ist, reichlich vorhanden", sagte Qi.

Die neue Technik sollte hilfreich sein, um die CO-Schneelinien anderer Sterne zu untersuchen, die mehr Einblick in die Entstehung äußerer Objekte des Sonnensystems geben.

"Solange die Scheibe gasreich ist, damit genug N2H + vorhanden ist, können wir mit diesem Ion die CO-Schneelinie abbilden", sagte Qi.

Das Finden des "Tracer-Ions" N2H + erfordert ein Teleskop mit hoher Auflösung und Empfindlichkeit. ALMA, bestehend aus 66 Teleskopfernrohren (7 und 12 Meter), die ein Instrument mit einem Durchmesser von 16 Kilometern bilden, beobachtet den Himmel im Millimeter- und Submillimeterwellenlängenbereich und ermöglicht so einen genaueren Blick bei der Entwicklung von Planetensystemen um andere Sterne.

"Wir haben versucht, dieses Ion zu beobachten, um die CO-Schneilinie vor ALMA abzubilden, aber es ist gescheitert", sagte Qi.

Die Forschung wurde online in der heutigen (18. Juli) Ausgabe der Zeitschrift Science veröffentlicht.

Eine 'ideale Vorlage'

TW Hydrae, auch bekannt als TW Hya, ist der sonnenähnlichste Stern mit einer gasreichen Scheibe. Diese Scheibe ist nur wenig größer als die, die die Wissenschaftler zu Beginn ihrer Geschichte von der Sonne umgaben. Die CO-Schneefallgrenze für das frühe Sonnensystem dürfte daher in ähnlicher Entfernung liegen wie die von TW Hydrae.

"CO-Eis könnte zu den Nahrungsgebieten von Uranus und Neptun beigetragen haben", sagte Qi.

Kometen enthalten unterschiedliche Mengen an Kohlenmonoxid, was darauf hindeutet, dass sie sich an den äußeren Rändern der CO-Schneelinie bilden. Die entfernteren Kuiper-Gürtel-Objekte, wie Pluto und andere Zwergplaneten, enthalten sowohl Kohlenmonoxid als auch Stickstoffgas, was impliziert, dass sie sich außerhalb der Linie gebildet haben.

Schneeleitungen für andere flüchtige Stoffe existieren in verschiedenen Bereichen.

"Die Wasserschneeleine ist der Schlüssel zur Bildung von Gasriesen wie Jupiter und Saturn", sagte Qi.

Da Wasser bei höheren Temperaturen gefriert als Kohlenmonoxid, ist seine Schneelinie näher am Stern.

"Die Auswirkungen der Schneegrenze auf die Planetenbildung sollten allgemein auf verschiedene flüchtige Stoffe anwendbar sein, mit der Ausnahme, dass die" Klebrigkeit "der eisigen Körner variiert", sagte Qi.

Er und sein Team beabsichtigen, den sonnenähnlichen Stern auf der Suche nach anderen Schneelinien im System weiter zu studieren.

"TW Hya ist eine ideale Vorlage, um die Planetenbildung im Sonnennebel zu untersuchen", sagte Qi. "Wir planen auch, die CO-Schneelinien für andere junge Sterne abzubilden, um die Statistiken darüber zu untersuchen, wie Schneebahn-Standorte vom Entwicklungsstadium der Scheiben abhängen."