IRAS 23077+6707, eine randständige, planetenbildende Scheibe, hat das Aussehen eines Schmetterlings – oder eines Hamburgers.(Bildnachweis: Pan-STARRS)
Die größte jemals gesehene Planetenbaustelle, die sich über Hunderte von Milliarden Kilometern erstreckt, könnte sehr wohl in einem enormen Schatten liegen, der ihr bizarres Erscheinungsbild noch unterstreicht. Kurz gesagt, sie sieht aus wie ein kosmischer Schmetterling – und wurde jahrelang ignoriert.
Das Objekt mit der Bezeichnung IRAS 23077+6707 wurde ursprünglich in den 1980er Jahren vom Infrarot-Astronomiesatelliten (IRAS) als Quelle von Infrarotsignalen katalogisiert. Im Jahr 2016 entdeckte der Astronom Ciprian Berghea vom U.S. Naval Observatory das Objekt zufällig mit dem Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-STARRS) wieder, als er eine Untersuchung aktiver Galaxien in der Region des Sternbilds Cepheus durchführte.
Berghea wusste nicht genau, worum es sich handelte, aber es schien zwei parallele Lappen mit einer dunklen Spur dazwischen zu haben – typisch für eine randständige Scheibe, die einen Planeten bildet. Die hellen Teile eines solchen Objekts stellen das Streulicht des Staubs in den oberen Schichten der Scheibe dar, während die dunkle Spur der Ekliptikebene unseres Sonnensystems entspricht, in der sich der größte Teil des Materials konzentriert. Dieser dichte Bereich des Materials blockiert und absorbiert das Licht des Zentralsterns eines Systems. Die obere und die untere Ebene der Scheibe laufen allmählich auseinander, anstatt eine scharfe Kante zu zeigen, während zwei Filamente diese aufgeweiteten Teile nachzeichnen, die ebenfalls aufgeweitet sind. Aus diesem Grund sieht die Anordnung unheimlich wie ein Schmetterling aus – aber in gewisser Weise erwecken diese hellen Regionen, die durch eine dunkle Bahn getrennt sind, auch den Eindruck eines Hamburgers. In Anlehnung an sein rumänisches Erbe, das er in der Nähe von Transsilvanien aufgewachsen ist, gab Berghea IRAS 23077+6707 den Spitznamen Dracula’s Chivito“, wobei ein Chivito ein Hamburger-ähnliches Sandwich aus seinem Heimatland ist.
Dank der Beobachtungen mit dem Submillimeter-Array (SMA) auf Hawaii haben Astronomen, darunter auch Berghea, nun bestätigt, dass es sich bei diesem speziellen Chivito tatsächlich um eine planetenbildende Scheibe handelt, wenn man sie vom Rand her betrachtet, aber es ist keine gewöhnliche Scheibe. Es ist die größte planetenbildende Scheibe, die je gesehen wurde.
„Was wir gefunden haben, war unglaublich – ein Beweis dafür, dass dies die größte planetenbildende Scheibe ist, die je entdeckt wurde. Sie ist extrem reich an Staub und Gas, von denen wir wissen, dass sie die Bausteine von Planeten sind“, sagte Kristina Monsch, Astronomin am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, in einer Erklärung. Monsch ist die Hauptautorin einer der beiden neuen Veröffentlichungen, in denen die Scheibe beschrieben wird.
Um ein Gefühl für die Größe dieses besonderen Weltenbauers zu bekommen, gehen die Astronomen davon aus, dass er zwischen 800 und 1.000 Lichtjahren entfernt ist, da er sich am Himmel in der Nähe der Sternentstehungsregion Cepheus befindet. Wenn das stimmt, dann entspricht die Winkelgröße der Scheibe an unserem Himmel einem Radius von Tausenden von Astronomischen Einheiten (AE). Zum besseren Verständnis: Eine AE ist definiert als die durchschnittliche Entfernung zwischen der Erde und der Sonne, also 149,6 Millionen Kilometer, während der äußerste bekannte Planet, Neptun, 30 AE von unserer Sonne entfernt ist.
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„Anhand der SMA-Daten können wir auch den Staub und das Gas in dieser planetarischen Kinderstube abwägen. Wir haben festgestellt, dass sie genug Material enthält, um viele Riesenplaneten zu bilden – und zwar in Entfernungen, die mehr als 300-mal so groß sind wie die Entfernung zwischen Sonne und Jupiter“, so Monsch.
Darüber hinaus rotiert die Scheibe. Die SMA hat Radiowellen gemessen, die von Kohlenmonoxid-Gas innerhalb der Scheibe ausgesendet werden. Einige dieser Radiowellen waren rotverschoben, was darauf hindeutet, dass sie von Gaswolken ausgesendet werden, die sich von uns wegbewegen; die Submillimeter-Radiowellen von Kohlenmonoxid in anderen Teilen der Scheibe waren dagegen blauverschoben, was bedeutet, dass sie sich auf uns zu bewegen. Dieses Verhalten ist das Markenzeichen eines rotierenden Systems.
„Die Daten der SMA liefern uns den schlagenden Beweis, dass … er um einen Stern rotiert, der wahrscheinlich zwei- bis viermal massereicher ist als unsere eigene Sonne“, so Monsch. Es ist möglich, dass dieser Stern immer noch wächst, da Material aus der Scheibe nach innen fällt und sich an ihn anlagert.
Neben der gigantischen Größe der Scheibe gibt es noch eine weitere Besonderheit: Der westliche Lappen der Scheibe ist merklich schwächer als der andere Lappen, und zwar um den Faktor sechs. Monsch, Berghea und ihre Kollegen sind sich nicht sicher, warum das so ist, aber es gibt einige Möglichkeiten, die in Betracht gezogen werden. Ein starker Kandidat ist, dass es sich nur um eine Illusion handelt, dass die beiden Hälften ungleich hell sind, ein geometrischer Effekt, der dadurch verursacht wird, dass die Scheibe nicht perfekt auf uns ausgerichtet ist, so dass wir etwas mehr von der östlichen Hälfte als von der westlichen sehen können.
Aber es gibt auch eine andere Erklärung, nämlich dass die Hälfte der Scheibe im Schatten liegt.
Dabei wird davon ausgegangen, dass die Scheibe nicht mit Planetenpotenzial schwanger ist, sondern bereits geboren hat und dass ein riesiger Planet jetzt durch die Scheibe pflügt. Dieser Planet könnte während seines Wachstums Rohmaterial mit sich reißen und dabei eine ringförmige Bahn oder Lücke in die Scheibe reißen.
Eine solche Lücke würde die Scheibe in zwei Hälften teilen, was zu Instabilitäten führen würde, die die innere Scheibe wie eine zu stark gebogene Schallplatte verziehen würden. Diese Fehlausrichtung würde einen Teil des Lichts des jungen Zentralsterns blockieren, was dazu führt, dass die innere Scheibe einen Schatten auf die äußere Scheibe wirft. Daher könnte die Asymmetrie in der Helligkeit der untersuchten Scheibe ein indirekter Hinweis auf die Anwesenheit eines Riesenplaneten sein. Passenderweise hat IRAS 23077+6707 eine gewisse Ähnlichkeit mit der Form eines Schmetterlings: So wie eine Raupe in eine Puppe schlüpft und sich als Schmetterling entpuppt, können sich in der Puppe einer protoplanetaren Scheibe Gas und Staub – die Überreste alter Sterngenerationen – neu bilden und zu kosmischen Schmetterlingen neuer Planeten erblühen.
Und darüber hinaus wirft die Existenz von IRAS 23077+6707 eine quälende Frage auf. Computersimulationen sagen voraus, dass wir mehr randständige, planetenbildende Scheiben sehen sollten, als dies tatsächlich der Fall ist – gibt es also noch mehr supergroße Scheiben da draußen, die wir noch nicht erkannt haben?
Die Beobachtungen von IRAS 23077+6707 werden in zwei Artikeln berichtet, von denen einer am 14. Mai in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht wurde und ein weiterer zur Veröffentlichung in einer zukünftigen Ausgabe derselben Zeitschrift angenommen wurde.
