Astronomie ohne Teleskop – kein Metall, kein Planet

Ein japanisches Team von Astronomen hat eine starke Korrelation zwischen der Metallizität staubiger protoplanetarer Scheiben und ihrer Langlebigkeit berichtet. Aufgrund dieser Erkenntnis schlagen sie vor, dass Sterne mit geringer Metallizität aufgrund der kürzeren Lebensdauer ihrer protoplanetaren Scheiben viel weniger wahrscheinlich Planeten haben, einschließlich Gasriesen.

Wie Sie wahrscheinlich wissen, ist „Metall“ astronomisch für alles, was im Periodensystem höher liegt als Wasserstoff und Helium. Die Milchstraße hat einen Metallizitätsgradienten – wobei die Metallizität mit zunehmender Entfernung deutlich abfällt. In der extremen äußeren Galaxie, ungefähr 18 Kiloparsecs vom Zentrum entfernt, beträgt die Metallizität der Sterne nur 10% derjenigen der Sonne (was ungefähr 8 Kiloparsecs – oder ungefähr 25.000 Lichtjahre – vom Zentrum entfernt ist).

In dieser Studie wurden junge Sternhaufen in Sternkindergärten mit relativ hoher Metallizität (wie der Orionnebel) mit weiter entfernten Clustern in der äußeren Galaxie in Baumschulen mit geringer Metallizität (wie Digel Cloud 2) verglichen.

Die Schlussfolgerungen der Studie basieren auf der Annahme, dass die Strahlungsleistung von Sternen mit dichten protoplanetaren Scheiben einen Überschuss an Wellenlängen im nahen und mittleren Infrarotbereich aufweist. Dies liegt hauptsächlich daran, dass der Stern seine umgebende protoplanetare Scheibe erwärmt und die Scheibe im Infrarotbereich strahlt.

Das Forscherteam verwendete das 8,2-Meter-Subaru-Teleskop und ein Verfahren namens JHK-Photometrie, um ein Maß zu identifizieren, das sie als „Scheibenfraktion“ bezeichneten und das die Dichte der protoplanetaren Scheibe darstellt (bestimmt durch den Überschuss an Infrarotstrahlung). Sie verwendeten auch ein anderes etabliertes Maß für die Masse-Leuchtkraft-Beziehung, um das Alter der Cluster zu bestimmen.

Die grafische Darstellung des Scheibenanteils über das Alter für Populationen sonnenäquivalenter Metallizitätssterne im Vergleich zu Populationen von Sternen mit geringer Metallizität in der äußeren Galaxie legt nahe, dass sich die protoplanetaren Scheiben dieser Sterne mit niedriger Metallizität viel schneller zerstreuen.

Die Autoren schlagen vor, dass der Prozess der Photoverdampfung der kürzeren Lebensdauer von Scheiben mit niedrigem Metallgehalt zugrunde liegen könnte – wobei der Einfluss von Photonen ausreicht, um Wasserstoff und Helium mit niedriger Atommasse schnell zu dispergieren, während das Vorhandensein von Metallen mit höherem Atomgewicht diese Photonen ablenken und somit aufrechterhalten kann eine protoplanetare Scheibe über einen längeren Zeitraum.

Wie die Autoren hervorheben, verringert die geringere Lebensdauer von Scheiben mit geringer Metallizität die Wahrscheinlichkeit der Planetenbildung. Obwohl sich die Autoren von viel mehr Spekulationen fernhalten, scheinen die Implikationen dieser Beziehung zu sein, dass wir nicht nur erwarten, weniger Planeten um Sterne zum äußeren Rand der Galaxie zu finden, sondern auch weniger Planeten um eine alte Population II Sterne, die sich auch in Umgebungen mit geringer Metallizität gebildet hätten.

Tatsächlich legen diese Ergebnisse nahe, dass Planeten, selbst Gasriesen, im frühen Universum äußerst selten gewesen sein könnten – und erst später in der Entwicklung des Universums alltäglich geworden sind -, nachdem Sternnukleosyntheseprozesse den Kosmos angemessen mit Metallen besiedelt hatten.

Weiterführende Literatur: Yasui, C., Kobayashi, N., Tokunaga, A., Saito, M. und Tokoku, C.
Kurze Lebensdauer protoplanetarer Scheiben in Umgebungen mit geringer Metallizität

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