Astronomie Der radioaktive Ursprung eines Sonnensystems

Die Sonne mit ihren acht Planeten ist kein Einzelfall im Universum. Doch wie entstehen bei manchen Sternen ähnliche Konstellationen wie unser Sonnensystem? Ein internationales Team von Forschern hat die radioaktiven Ursprünge an einem Modellsystem in galaktischer Nachbarschaft untersucht.

Wien/Österreich – In einer Region des Sternbilds „Schlangenträger“ geschieht etwas, das bei uns schon lange zurückliegt: neue Sterne entstehen. Sie können als Modell Einblicke in die Entstehungsgeschichte unseres eigenen Sonnensystems geben. Denn in den aktiven Zonen beim Schlangenträger sind kurzlebige radioaktive Elemente angereichert. Diese Energiequelle spielte schon früh eine wesentliche Rolle bei der Entstehung von Planeten, denn sie waren die Hauptwärmequelle für „Planeten-Embryos“.

Radioaktive Elemente könnten von einem in der Nähe explodierenden Stern (einer Supernova) oder den starken Sternwinden eines massereichen Sterns auf das sich entwickelnde Sonnensystem geweht worden sein. Das Vorkommen radioaktiven Materials bei der Entstehung des Sonnensystems gibt den Forschern bereits seit 50 Jahren Rätsel auf. Was ist nötig, damit sich Planetensysteme bilden? Dieser Frage sind Forscher von der Uni Wien und weiteren Instituten nun nachgegangen.

Theorien vom Anfang des Sonnensystems

Die Autoren der neuen Studie verwendeten Multi-Wellenlängen-Beobachtungen der Sternentstehungsregion Schlangenträger, darunter auch neue Infrarotdaten des Projekts Visions, das derzeit mit dem ESO-Teleskop in der chilenischen Wüste durchgeführt wird. Die Daten zeigen die Wechselwirkungen zwischen den Wolken von sternbildenden Gasen und Radionukliden, die im nächstgelegenen, aus jungen Sternen bestehenden Sternhaufen entstanden. Die Ergebnisse der Astronomen deuten darauf hin, dass Supernovae der vorangegangen Sterngeneration die wahrscheinlichste Quelle kurzlebiger Radionuklide in den sternbildenden Wolken sind.

„Unser Sonnensystem entstand höchstwahrscheinlich durch das Zusammenspiel einer riesigen Molekülwolke sowie eines jungen Sternhaufens. Ein oder mehrere Supernova-Ereignisse einiger massereicher Sterne in diesem Sternhaufen kontaminierten das Gas, das schließlich die Sonne und ihr Planetensystem entstehen ließ“, sagt Douglas N. C. Lin, emeritierter Professor für Astronomie und Astrophysik an der UC Santa Cruz. Obwohl dieses Szenario lange zurückliegt, sei es durch die Multi-Wellenlängen-Beobachtungen und eine ausgeklügelte statistische Analyse nun möglich, die Wahrscheinlichkeit dieses Modells quantitativ zu beurteilen, ergänzt Lin. Im Ergebnis erhalten die Wissenschaftler Wahrscheinlichkeiten für verschiedene Entstehungsszenarien.

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Beobachtungen beim Schlangenträger-Sternbild

Der Schlangenträger-Wolkenkomplex enthält viele dichte, protostellare Kerne in verschiedenen Stadien der Sternenentstehung und der Entwicklung protoplanetarer Scheiben – den frühesten Stadien eines Planetensystems. Indem die Forscher verschiedene Bilddaten in Wellenlängen von Millimetern bis hin zu Gammastrahlen kombinierten, haben sie einen Strom von Aluminium-26 visualisiert, der von einem nahe gelegenen Sternhaufen in Richtung der Sternentstehungsregion „Schlangenträger“ verlief.

„Der Anreicherungsprozess, den wir im Schlangenträger sehen, stimmt mit dem überein, was bei der Bildung des Sonnensystems vor fünf Milliarden Jahren geschah“, sagt Erstautor John C. Forbes. Mit diesem Beispiel für die Entstehung eines Planetensystems entwickelten die Forscher eine Simulation, um den Ablauf des kosmischen Ereignisses zu rekonstruieren. Also wie seinerzeit der Sternhaufen Radionuklide produzierte, deren Existenz heute nur noch in Form von Gammastrahlen nachweisbar ist. „Wir verfügen mittlerweile über ausreichend Informationen, um sagen zu können, dass dieses Ereignis zu 59 % durch Supernovae und zu 68 % durch mehrere Quellen und nicht ausschließlich durch eine Supernova verursacht wurde“, sagt Forbes.

Mit dem Modell zum möglichen Entstehungsmechanismus eines Sternensystems geht auch eine ernüchternde Erkenntnis einher, die Astrophysiker João Alves von der Universität Wien ausspricht: „Wir sind nichts Besonderes und sollten davon ausgehen, dass auch viele andere Sonnensysteme wie unseres in der Milchstraße schweben.“

Die aktuellen Ergebnisse zeigen auch, dass die Anzahl der kurzlebigen Radionuklide, die sich in neu entstehenden Sternensystemen befinden, stark variieren kann. „Viele neue Sternensysteme werden mit einer Fülle von Aluminium-26 gebildet, so wie in unserem Sonnensystem. Die Schwankungen sind dennoch enorm – wir sprechen von mehreren Größenordnungen“, erklärt Forbes. „Das ist entscheidend für die frühe Entwicklung von Planetensystemen, da Aluminium-26 die wichtigste frühe Wärmequelle ist. Mehr Aluminium-26 bedeutet wahrscheinlich trockenere Planeten.“

Originalpublikation: John C. Forbes, João Alves, Douglas N. C. Lin.: A Solar System formation analogue in the Ophiuchus star-forming complex, Nature Astronomy, 2021: DOI: 10.1038/s41550-021-01442-9

* P. Gärtner, Universität Wien, 1010 Wien/Österreich

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