Junge Sternhaufen gebären Objekte mit planetarer Masse
Zürich – Wie entstehen freischwebende Objekte mit planetarer Masse, die weder Sterne noch Planeten sind? Ein internationales Team unter Beteiligung der Universität Zürich hat mit Hilfe modernster Simulationen gezeigt, dass diese Himmelskörper mit der chaotischen Dynamik junger Sternhaufen zusammenhängen.
Objekte mit planetarer Masse (englisch «planetary-mass object», kurz PMOs) sind kosmische Nomaden: Sie treiben frei durch den Weltraum, ohne an einen Stern gebunden zu sein, und wiegen weniger als das 13-fache der Jupitermasse. Während sie in jungen Sternhaufen wie dem Trapezhaufen im Orion (Abb. 1) in grosser Zahl gesichtet wurden, hat ihre Herkunft die Forschenden bisher vor ein Rätsel gestellt. Herkömmliche Theorien gehen davon aus, dass es sich bei ihnen um gescheiterte Sterne oder um Planeten handeln könnte, die aus ihren Sonnensystemen ausgestossen wurden.
Ein internationales Team von Astronom*innen unter Beteiligung der Universität Zürich hat nun jedoch nachgewiesen, dass diese Himmelskörper direkt aus den heftigen Wechselwirkungen der Scheiben um junge Sterne entstehen können. «PMOs passen nicht in die bestehenden Kategorien von Sternen oder Planeten», sagt Letztautor Lucio Mayer von der Universität Zürich. «Unsere Simulationen zeigen, dass sie wahrscheinlich durch einen völlig anderen Prozess entstehen.»
Wie Scheiben kollidieren und PMOs entstehen
Mit hochauflösenden hydrodynamischen Simulationen hat das Forschungsteam der Universität Zürich, der Universität Hongkong, des Shanghai Astronomical Observatory und der University of California Santa Cruz enge Begegnungen zwischen zwei zirkumstellaren Scheiben simuliert. Zirkumstellare Scheiben sind rotierende Ringe aus Gas und Staub, die junge Sterne umgeben. Wenn diese Scheiben aneinander vorbeiziehen, dehnen und stauchen die Wechselwirkungen ihrer Gravitationsfelder das Gas zu langgestreckten «Gezeitenbrücken».
Die Simulationen ergaben, dass diese Brücken zu dichten Filament-Fäden kollabieren, die wiederum in kompakte Kerne zerfallen. Wenn die Masse der Filamente eine kritische Stabilitätsgrenze überschreitet, bilden sie PMOs mit einer Masse von etwa 10 Jupitern. Bis zu 14 Prozent bilden sich in Paaren oder Dreiergruppen, was die hohe Anzahl von PMO-Doppelsternen erklärt. Häufige Scheibenbegegnungen in dichten Umgebungen könnten Hunderte von PMOs hervorbringen.
Warum PMOs einzigartig sind
PMOs übernehmen Material von den äusseren Rändern der zirkumstellaren Scheiben. Im Gegensatz zu ausgeworfenen Planeten bewegen sie sich jedoch synchron mit den Sternen ihres Wirtshaufens. Viele PMOs behalten Gasscheiben zurück, was darauf hindeutet, dass sich um diese Nomaden Monde oder sogar Planeten bilden könnten.
«Diese Entdeckung verändert zum Teil die Art und Weise, wie wir die kosmische Vielfalt betrachten», sagt Lucio Mayer. «PMOs könnten eine dritte Klasse von Objekten darstellen, die nicht aus dem Rohmaterial von Sternentstehungswolken oder durch Planetenbildungsprozesse entstanden sind, sondern aus dem Gravitationschaos von Scheibenkollisionen.» (Universität Zürich/mc/ps)
Literatur
Zhihao Fu, Hongping Deng, Douglas N. C. Lin, Lucio Mayer. Formation of free-floating planetary mass objects via circumstellar disk encounters. Science Advances, 26 February 2025. DOI: 10.1126/sciadv.adu6058
Universität Zürich
