Spektakuläre Ringstrukturen sichtbar gemacht: Astronomen untersuchen Trümmerscheiben junger Planetensysteme

Bei der Beobachtung junger Planetensysteme wurde entdeckt, dass deren Trümmerscheiben teils ring- oder haloförmig aussehen. Anhand dieser Strukturen wollen Astronomen untersuchen, wie Planetensysteme entstehen – und damit auch, wie unser Sonnensystem entstanden ist.

Übersicht über die hochauflösenden Abbildungen der 24 Trümmerscheiben. Die untere blaue Reihe zeigt die Gasverteilung der direkt darüber liegenden Trümmerscheiben-Reihe. Bild: Marino, Mac Manamon/ARKS

Ein internationales Astronomenteam hat erneut Fortschritte bei der Beobachtung ferner Planetensysteme gemacht. Forschende, unter anderem der Friedrich-Schiller-Universität Jena, haben 24 sogenannte Trümmerscheiben in sehr hoher Auflösung sichtbar gemacht. An den Strukturen lässt sich besonders gut erforschen, wie Planetensysteme entstehen und sich entwickeln.

Trümmerscheiben bestehen aus Asteroiden, Gesteinsbrocken und feinem Staub, der durch fortwährende Kollisionen entsteht. Auch unser Sonnensystem besitzt eine solche Zone: Im Kuipergürtel jenseits der Neptunbahn werden größere Körper über Millionen Jahre hinweg zu Staub zermahlen.

Die neuen Beobachtungen entstanden im Rahmen des Projekts ALMA survey to Resolve exoKuiper belt Substructures (ARKS). Zum Einsatz kam das Radio-Observatorium ALMA in der chilenischen Atacamawüste, eines der leistungsfähigsten Teleskope seiner Art. Die wissenschaftlichen Ergebnisse wurden in mehreren Fachartikeln in Astronomy and Astrophysics veröffentlicht.

Die untersuchten Planetensysteme sind überwiegend jünger als 100 Millionen Jahre. Damit befinden sie sich in einer Phase, in der sich Gasriesen bereits gebildet haben, aber erdähnliche Planeten möglicherweise noch entstehen. Zum Vergleich: Unser Sonnensystem ist rund 4,5 Milliarden Jahre alt.

„Dank dieser neuen Bilder erhalten wir so detailreiche Einblicke in und neue Perspektiven auf weit entfernte Planetensysteme wie nie zuvor.“

– Dr. Torsten Löhne, Astrophysikalisches Institut und Universitätssternwarte, Friedrich-Schiller-Universität Jena

„Wir haben hier 24 verschiedene Aufnahmen in nie dagewesener Genauigkeit und Qualität, durch die wir viel mehr darüber erfahren, wie die Trümmerscheiben und ihre Planetensysteme aufgebaut sind“, zeigt sich Prof. Dr. Alexander Krivov von der Universität Jena beeindruckt. Die Daten erlaubten zudem Rückschlüsse auf die Entstehungsgeschichte, möglicherweise sogar auf die frühe Entwicklung des eigenen Sonnensystems.

Unterschiedliche Typen sichtbar gemacht

Besonders überraschend ist, wie vielfältig die beobachteten Scheiben sind. Manche bestehen aus einem einzigen Ring, andere aus mehreren, teils weit voneinander entfernten Ringen. Hinzu kommen ausgedehnte Halos oder auffällige Verdichtungen innerhalb der Strukturen.

„Das grobe Erscheinungsbild und die Tatsache, dass wir in etwa einem Fünftel aller Planetensysteme eine solche Scheibe erkennen können, beweist eine gewisse Ähnlichkeit der Systeme und ihrer Entstehungsprozesse.“

– Prof. Dr. Alexander Krivov, Astrophysikalisches Institut und Universitätssternwarte, Friedrich-Schiller-Universität Jena

Die Vielfalt deutet auch darauf hin, dass Planetensysteme unterschiedliche Entwicklungswege einschlagen. Um solche Unterschiede besser zu verstehen, modellieren die Forschenden die Kollisionsprozesse innerhalb der Scheiben. Ziel ist es, den Zusammenhang zwischen dem sichtbaren Staub und den unsichtbaren Asteroiden zu klären und untersuchen, wie Planeten die Struktur der Scheiben beeinflussen.

Bilder der sechs Systeme mit Gas in der Probe (Kohlenstoffmonoxid). Obere zwei Reihen: 12-CO oben und 13-CO untere Reihe. Untere zwei Reihen: wie oben, aber bei Spitzenintensität. Bild: Marino et al., 2026

Dazu werden unter anderem die radiale und vertikale Ausdehnung der Scheiben exakt vermessen. Die Daten lassen auf die Bewegungen der Gesteinsbrocken und ihre Kollisionsgeschwindigkeiten schließen – je höher diese sind, desto breiter werden die Scheiben und desto mehr Staub entsteht.

Neue Planeten aufspüren

Trümmerscheiben liefern zudem indirekte Hinweise auf noch unbekannte Planeten. „In nur einem Drittel der abgebildeten Systeme kennen wir schon mindestens einen Planeten“, sagt Dr. Torsten Löhne, ebenfalls von der Universität Jena. Leere Zonen innerhalb der Scheiben gelten jedoch als deutliche Indizien für weitere, noch unentdeckte Himmelskörper.

„Aktuelle Beobachtungsmethoden begünstigen vor allem die Entdeckung von Planeten, die sich sehr nah am Stern befinden“, ergänzt Krivov. Mit den neuen Daten könnten künftig auch Planeten am äußeren Rand von Planetensystemen identifiziert werden.

Zusätzliche Informationen könnten in einigen Scheiben Gasnachweise liefern, vor allem von Kohlenstoffmonoxid. Das Gas könnte bei Kollisionen freigesetzt werden und auf die Chemie von Asteroiden und Planeten hinweisen. „Wenn wir noch mehr darüber herausfinden, wie dieses Gas zusammengesetzt ist, dann können wir daraus eventuell ableiten, aus welchen Materialien die benachbarten Planeten und Asteroiden bestehen“, so Krivov.

Quellenhinweis:

Marino, S., Matrà, L., Hughes, A. M., Ehrhardt, J., Kennedy, G. M., et al. (2026): The ALMA survey to Resolve exoKuiper belt Substructures (ARKS). I. Motivation, sample, data reduction, and results overview. Astronomy & Astrophysics.