Trümmerscheibe – Wikipedia

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Beobachtung des Trümmerrings um Fomalhaut mit dem Hubble-Weltraumteleskop. Der innere Rand der Scheibe könnte durch die Bahn von Fomalhaut b, unten rechts, geformt worden sein.

EIN Trümmerscheibe (Amerikanisches Englisch), oder Schuttscheibe (Commonwealth English) ist eine zirkumstellare Scheibe aus Staub und Trümmern im Orbit um einen Stern. Manchmal enthalten diese Scheiben markante Ringe, wie im Bild von Fomalhaut rechts zu sehen ist. Trümmerscheiben wurden sowohl um reife als auch um junge Sterne herum gefunden, sowie mindestens eine Trümmerscheibe im Orbit um einen entwickelten Neutronenstern.[1] Jüngere Trümmerscheiben können eine Phase bei der Bildung eines Planetensystems darstellen, die der protoplanetaren Scheibenphase folgt, wenn terrestrische Planeten das Wachstum beenden können.[2] Sie können auch als Überbleibsel von Kollisionen zwischen Planetesimalen, auch Asteroiden und Kometen genannt, hergestellt und erhalten werden.[3]

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Bis 2001 wurden mehr als 900 Kandidatensterne mit einer Trümmerscheibe gefunden. Sie werden normalerweise entdeckt, indem man das Sternensystem im Infrarotlicht untersucht und nach einem Strahlungsüberschuss sucht, der über die vom Stern emittierte Strahlung hinausgeht. Dieser Überschuss wird als Strahlung des Sterns angesehen, die vom Staub in der Scheibe absorbiert und dann als Infrarotenergie wieder abgestrahlt wurde.[4]

Trümmerscheiben werden oft als massive Analoga zu den Trümmern im Sonnensystem beschrieben. Die meisten bekannten Trümmerscheiben haben Radien von 10–100 Astronomischen Einheiten (AE); sie ähneln dem Kuipergürtel im Sonnensystem, aber mit viel mehr Staub. Einige Trümmerscheiben enthalten eine wärmere Staubkomponente, die sich innerhalb von 10 AE vom Zentralstern befindet. Dieser Staub wird manchmal in Analogie zum Zodiakalstaub im Sonnensystem als Exozodiakalstaub bezeichnet.

Beobachtungshistorie[edit]

1984 wurde mit dem IRAS-Satelliten eine Trümmerscheibe um den Stern Vega entdeckt. Ursprünglich wurde dies für eine protoplanetare Scheibe gehalten, aber heute ist bekannt, dass es sich aufgrund des Gasmangels in der Scheibe und des Alters des Sterns um eine Trümmerscheibe handelt. Die ersten vier mit IRAS entdeckten Trümmerscheiben sind als die “fabelhaften Vier” bekannt: Vega, Beta Pictoris, Fomalhaut und Epsilon Eridani. Anschließend zeigten Direktaufnahmen der Beta Pictoris-Scheibe Unregelmäßigkeiten im Staub, die auf Gravitationsstörungen durch einen unsichtbaren Exoplaneten zurückgeführt wurden.[6] Diese Erklärung wurde mit der Entdeckung des Exoplaneten Beta Pictoris b im Jahr 2008 bestätigt.[7]

Andere Sterne, die Exoplaneten beherbergen, einschließlich des ersten, der durch direkte Bildgebung entdeckt wurde (HR 8799), sind bekannt dafür, dass sie auch Trümmerscheiben beherbergen. Der nahe Stern 55 Cancri, ein System, von dem auch bekannt ist, dass es fünf Planeten enthält, soll eine Trümmerscheibe haben.[8] aber dieser Nachweis konnte nicht bestätigt werden.[9]

Strukturen in der Trümmerscheibe um Epsilon Eridani deuten auf Störungen durch einen planetarischen Körper in der Umlaufbahn um diesen Stern hin, die verwendet werden können, um die Masse und Umlaufbahn des Planeten zu beschränken.[10]

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Am 24. April 2014 berichtete die NASA, dass sie Trümmerscheiben in Archivbildern mehrerer junger Sterne, HD 141943 und HD 191089, entdeckte, die erstmals zwischen 1999 und 2006 mit dem Hubble-Weltraumteleskop betrachtet wurden, unter Verwendung neuer verbesserter Bildgebungsverfahren.[11]

Im Jahr 2021 könnten Beobachtungen eines Sterns, VVV-WIT-08, der für einen Zeitraum von 200 Tagen verdeckt wurde, das Ergebnis einer Trümmerscheibe gewesen sein, die zwischen dem Stern und den Beobachtern auf der Erde passierte.[12] Von zwei anderen Sternen, Epsilon Aurigae und TYC 2505-672-1, wird berichtet, dass sie regelmäßig verfinstert werden, und es wurde festgestellt, dass das Phänomen das Ergebnis von Scheiben ist, die sie in unterschiedlichen Zeiträumen umkreisen, was darauf hindeutet, dass VVV-WIT-08 ähnlich sein könnte und haben eine viel längere Umlaufzeit, die gerade von Beobachtern auf der Erde erlebt wurde. VVV-WIT-08 ist zehnmal so groß wie die Sonne im Sternbild Schütze.

Trümmerscheiben in HST-Archivbildern junger Sterne entdeckt, HD 141943 und HD 191089, mit verbesserten bildgebenden Verfahren (24. April 2014).[11]

Bei der Entstehung eines sonnenähnlichen Sterns durchläuft das Objekt die T-Tauri-Phase, in der es von einem gasreichen, scheibenförmigen Nebel umgeben ist. Aus diesem Material werden Planetesimale gebildet, die weitere Planetesimale und Scheibenmaterial anwachsen können, um Planeten zu bilden. Der Nebel umkreist den Vor-Hauptreihenstern noch für einen Zeitraum von 1–20 Millionen Jahre bis es durch Strahlungsdruck und andere Prozesse ausgeräumt wird. Durch Kollisionen zwischen den Planetesimalen kann dann um den Stern herum Staub der zweiten Generation erzeugt werden, der aus den resultierenden Trümmern eine Scheibe bildet. Mindestens 45% dieser Sterne sind irgendwann im Laufe ihres Lebens von einer Trümmerscheibe umgeben, die dann mit einem Infrarot-Teleskop durch die thermische Emission des Staubs nachgewiesen werden kann. Wiederholte Kollisionen können dazu führen, dass eine Scheibe für einen Großteil der Lebenszeit eines Sterns bestehen bleibt.[13]

Typische Trümmerscheiben enthalten kleine Körner mit einer Größe von 1–100 μm. Kollisionen werden diese Körner auf Submikrometer-Größen zermahlen, die durch den Strahlungsdruck des Wirtssterns aus dem System entfernt werden. In sehr schwachen Scheiben wie denen im Sonnensystem kann der Poynting-Robertson-Effekt dazu führen, dass sich Partikel stattdessen nach innen drehen. Beide Prozesse begrenzen die Lebensdauer der Festplatte auf 10 Myr oder weniger. Damit eine Platte intakt bleibt, ist daher ein Prozess erforderlich, um die Platte kontinuierlich aufzufüllen. Dies kann zum Beispiel durch Kollisionen zwischen größeren Körpern geschehen, gefolgt von einer Kaskade, die die Objekte auf die beobachteten kleinen Körner zermahlt.[14]

Damit Kollisionen in einer Trümmerscheibe auftreten, müssen die Körper ausreichend gravitativ gestört werden, um relativ große Kollisionsgeschwindigkeiten zu erzeugen. Ein Planetensystem um den Stern kann solche Störungen verursachen, ebenso wie ein Doppelstern-Begleiter oder die nahe Annäherung eines anderen Sterns.[14] Das Vorhandensein einer Trümmerscheibe kann auf eine hohe Wahrscheinlichkeit hinweisen, dass Exoplaneten den Stern umkreisen.[15] Darüber hinaus zeigen viele Trümmerscheiben auch Strukturen im Staub (z. B. Klumpen und Warps), die auf das Vorhandensein eines oder mehrerer Exoplaneten innerhalb der Scheibe hinweisen.[7]

Bekannte Gürtel[edit]

Um viele Sterne, einschließlich der Sonne, wurden Staub- oder Trümmergürtel entdeckt, darunter die folgenden:

Der Umlaufabstand des Gürtels ist ein geschätzter mittlerer Abstand oder Bereich, der entweder auf einer direkten Messung aus der Bildgebung basiert oder aus der Temperatur des Gürtels abgeleitet wird. Die Erde hat eine durchschnittliche Entfernung von der Sonne von 1 AE.

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

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Externe Links[edit]

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