Weltraumteleskop »Hubble« registriert verblüffende Kollisionen in jungem Planetensystem

In der Umgebung junger Sterne geht es mitunter brachial zu: Immer wieder kommt es zu Zusammenstößen von Planetesimalen, so heißen die viele Kilometer großen Gesteinsbrocken, aus denen Planeten entstehen. Aufnahmen des Weltraumteleskops »Hubble« zeigen bei dem 25 Lichtjahre entfernten Stern Fomalhaut erstmals die Spuren solcher Kollisionen in Form von sich ausbreitenden leuchtenden Staubwolken.

Das Besondere daran: Innerhalb von 20 Jahren ist das gleich zweimal am selben Stern gelungen, wie ein internationales Forschungsteam berichtet. Nach theoretischen Modellen sollten solche Ereignisse eigentlich nur alle 100.000 Jahre einmal auftreten, schreiben die Wissenschaftler im Fachblatt »Science« .

Einer der hellsten Sterne am Himmel

Fomalhaut im Sternbild Südlicher Fisch zählt zu den hellsten Sternen am Himmel. Er enthält etwa doppelt so viel Masse wie unsere Sonne, leuchtet 17-mal heller und ist mit einem Alter von 440 Millionen Jahren vergleichsweise jung. Mehrere Staubringe um den Stern zeugen davon, dass die Phase der Planetenentstehung um den Stern noch nicht abgeschlossen ist. Bei Beobachtungen mit »Hubble« in den Jahren 2004 und 2006 stießen Paul Kalas  von der University of California in Berkeley und sein Team auf einen hellen Lichtpunkt am Rand eines der Staubringe. Erstmals, so schien es damals, hatte man einen Planeten bei einem anderen Stern direkt gesehen.

Weitere Beobachtungen weckten allerdings Zweifel an dieser Interpretation. Denn im Verlauf von mehreren Jahren driftete das Objekt auf seiner Umlaufbahn nach außen, 2014 war der leuchtende Punkt sogar ganz verschwunden. Erst 2023 konnten Kalas und seine Kollegen erneut mit »Hubble« einen Blick auf Fomalhaut und seine Staubringe werfen – und sahen zu ihrer Erleichterung erneut den hellen Lichtpunkt.

Eine genaue Analyse seiner Position zeigte den Forschern: Es konnte sich unmöglich um das gleiche Objekt handeln. Der zuvor gesehene Lichtpunkt blieb also verschwunden, stattdessen war ein neuer aufgetaucht.

Damit war klar, dass Kalas und seine Kollegen nicht, wie ursprünglich vermutet, auf einen Planeten von Fomalhaut gestoßen waren, sondern in beiden Fällen auf die Spuren von Kollisionen von Planetesimalen. Bei einem solchen Zusammenprall bildet sich eine Trümmerwolke aus Gesteinsbrocken und Staub, die sich langsam ausbreitet.

Licht des Sterns übt Druck auf Trümmerwolke aus

Das erklärt auch das seltsame Verhalten des zuerst entdeckten Objekts: Das Licht von Fomalhaut übt einen Druck auf eine solche Wolke aus und treibt sie deshalb vom jungen Stern weg. Im Gegensatz dazu bleibt ein fester Planet unbeeindruckt von dem Sternlicht auf seiner Bahn.

Die zusammengestoßenen Himmelskörper müssen etwa 60 Kilometer groß gewesen sein, haben die Astronomen aus der Helligkeit der beiden Staubwolken berechnet. Damit sind sie viel zu klein, um auf den Bildern des Weltraumteleskops sichtbar zu sein. Aber die sich ausbreitenden Trümmerwolken leuchten im Licht von Fomalhaut hell auf und verraten sich auf diese Weise.

Die Beobachtung von gleich zwei solcher Kollisionen bei demselben Stern wirft allerdings ein Problem auf. »Theoretische Modelle der Planetenentstehung sagen nur eine Kollision alle 100.000 Jahre voraus«, erklärt Kalas. »Hier haben wir schon innerhalb von 20 Jahren zwei gesehen.« Entweder, so der Forscher weiter, sei dies ein glücklicher Zufall – oder die Modelle seien nicht korrekt.

Einblicke in die Frühgeschichte unseres Sonnensystems

Aufschluss können nur weitere Beobachtungen geben. Und dieses Mal wollen die Forscher nicht mehrere Jahre damit warten. Das Team hat bereits für die nächsten drei Jahre Beobachtungszeit am »Hubble«-Weltraumteleskop zugesagt bekommen. So wollen Kalas und seine Kollegen die Entwicklung der neuen Staubwolke verfolgen. Wird sie noch heller oder verblasst sie bereits? Vielleicht treffen auch einzelne Trümmerstücke auf andere Gesteinsbrocken und lösen so eine Art Kettenreaktion aus, die zu einer weiteren Aufhellung führt.

Geplant sind außerdem Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop »James Webb«. Im Gegensatz zu »Hubble« beobachtet »Webb« nicht im sichtbaren, sondern im infraroten Licht. Das eröffnet den Forschern die Möglichkeit, die Größe der entstandenen Staubkörner und eventuell sogar ihre Zusammensetzung zu bestimmen. Der Stern Fomalhaut und seine Staubringe bieten den Astronomen einen einmaligen Einblick in die Prozesse der Planetenentstehung – und damit auch in die Frühgeschichte unseres Sonnensystems.