Neues aus der Forschung: Unser seltenes Sonnensystem

Bis 1995 dachte man, man hätte eine einigermassen gute Vorstellung davon, wie Planeten entstehen. Die Grundlagen der Planetenentstehung die damals bekannt waren, gelten heute natürlich auch noch (Ludmila hat eine schöne Zusammenfassung dazu geschrieben). Und da zu diesem Zeitpunkt noch keine anderen Planetensysteme entdeckt worden waren, dachte man unser Sonnensystem wäre ein typisches Beispiel: nahe am Stern sind kleine, felsige Planeten (Merkur, Venus, Erde, Mars) – weiter draussen befinden sich große, gasförmige Himmelskörper (Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun).

1995 wurde dann der erste extrasolare Planet entdeckt der einen sonnenähnlichen Stern umkreist. Der Planet war etwa doppelt so schwer wie Saturn und bewegte sich in einem Abstand von 0.05 Astronomischen Einheiten um seinen Stern (51 Pegasi, siehe Zeichnung rechts). Damit ist er dem Stern fast so nahe wie der Merkur unsere Sonne! Im Laufe der Zeit wurden noch viele andere solcher Planeten entdeckt: Gasriesen die sich extrem nahe am Stern befinden. Diese sogenannten „Hot Jupiters“ stellten (stellen teilweise immer noch) die Astronomen vor ein Rätsel. Man konnte sich lange nicht erklären, wie so große Planeten so nahe an einem Stern entstehen konnten. Selbst heute ist noch nicht vollkommen klar ob diese Himmelskörper wirklich dort entstanden sind wo sie sich jetzt befinden oder ob sie weiter entfernt gebildet wurden und dann nach innen gewandert sind (Zweiteres – die sogenannte „Migration“ ist aber wahrscheinlicher). Noch verwunderlicher war, dass es sehr dieser Planetensysteme gab die alle offensichtlich komplett anders sind als unser Sonnensystem.

Ist unser Sonnensystem doch kein typisches Beispiel? Ist es ein seltener Spezialfall? Anhand der bisher vorhandenen Beobachtungsdaten lässt sich das nicht eindeutig sagen. Mit den aktuellen Beobachtungsmethoden lassen sich noch (fast) keine kleinen, erdähnlichen Planeten entdecken. Auch große, gasförmige Planeten in großer Entfernung vom Stern kann man nur schwer finden. Man kann aber theoretische Simulation zur Planetenstehung durchführen.

Genau das haben Edward Thommes, Soko Matsumura und Frederic Rasio (von der University of Guelph und der Northwestern University Evanston) gemacht. Ihre Ergebnisse wurden am Freitag in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht. In der Arbeit mit dem Titel „Gas Disks to Gas Giants: Simulating the Birth of Planetary Systems„ haben sie systematisch die Entstehung von Planetensystemen untersucht.

Dabei wurde die Entstehung von Planeten aus der ursprüngliche Staubscheibe die den Stern umgibt simuliert. Die Wissenschaftler waren vor allem daran interessiert, wie die Eigenschaften der schließlich entstehenden Planeten von den Eigenschaften der ursprünglichen Staubscheibe abhängen. Durch eine neue numerische Technik konnten sie eine Simulationsdauer von 10 Millionen Jahren erreichen.

100 verschiedene Ausgangsscheiben wurden untersucht. Aus Scheiben mit
großer Masse entstand dabei meistens zwei oder mehr große Gasplaneten
die dann nahe an der Stern migrierten während aus Scheiben mit
geringerer Masse mehrer kleine Planeten entstanden. Nur in einigen
wenigen Fällen (6 von 100) in denen die Scheibe ein mittlere Masse
hatten entstanden Gasriesen in der gleichen Entfernung wie Jupiter und
Saturn (und nur in einem Fall hatten die entstandenen Planeten auch
eine vergleichbare Masse).

Es scheint also so, als wären Planetensysteme die unserem Sonnensystem ähneln etwas sehr seltenes. Allerdings lassen sich aus solchen Simulationen nur schwer allgemeingültige Aussagen ableiten – der Prozess der Planetenentstehung und die Interaktion zwischen Scheibe und Planet verläuft oft chaotisch. Bis wir genau Angaben über die Häufigkeit von sonnensystem-ähnlichen Planetensystemen haben wird noch viel Arbeit nötig sein. Es scheint aber so zu sein, als wäre unsere Heimat etwas spezielles und besonderes im Universum.