Protoplanetare Scheibe

Darstellung einer Protoplanetare Scheibe, (Illustration, NASA)

Eine Protoplanetare Scheibe ist eine gas- und staubhaltiger flacher Ring (Akkretionsscheibe) um einen neuentstandenen jungen Stern aus dem sich später ein Planetensystem bilden kann.

Allgemeines

Die protoplanetare Scheibe bildet sich aus der Gas- und Staubwolke die sich zu zu einem neuen Sternensystem zusammenballt (protostellare Wolke). Die weitaus meiste Masse wird aber vom neuen Stern aufgenommen, und nur eine kleiner Teil bildet die Protoplanetare Scheibe, die aber den überwiegenden Teil des Drehimpulses der urprünglichen Gas- und Staubwolke aufnimmt (Sonnensystem >99%). Je nach Modell werden für die protoplanetaren Scheiben meistens Massen von etwa 1% bis zu etwa 10% des jeweiligen Sternes angenommen.

Durch hydrodynamische Modellierung des Kollaps einer protostellaren Wolke konnte gezeigt werden, dass selbst ein kleiner anfängliche Drehimpuls der protostellaren Wolke die Bildung eines einzelnen Sternes verhindert und sich stattdessen, je nach Stärke der turbulenten Reibung, ein Doppelsternsystem oder ein von einer protoplanetaren Scheibe umgebener Stern bildet.

Entwicklung einer protoplanetaren Scheibe zum Planetensystem

Die Prozesse, die zur Bildung eines Planetensystems aus einer protoplanetaren Scheibe führen, sind noch nicht im Detail verstanden. Im wesentlichen gibt es zwei Modelle zu Entstehung der Planeten.

• Gravitationsinstabilitäten innerhalb der protoplanetaren Scheibe welche das Jeans-Kriterium erfüllen, führen zur Zusammenballung von Materie und letztlich zur Bildung von Planeten. Speziell für die Bildung der Gasplaneten ist dies ein oft angenommenes Modell. Gemäss theoretischen Simulation (L. Mayer et al., Science (2002) ) können sich Gasplaneten so bereits innerhalb von 1000 Jahren aus spiralförmigen Dichteinstabilitäten innerhalb von protoplanetaren Scheiben bilden.

• Staubteilchen und kleinere Partikel in der Scheibe stossen zusammen und bleiben aneinander haften was zur Bildung von Planetesimalen führt. Diese Planetesimale stossen wiederum zusammen und bilden so noch grössere Körper, je grösser ein Körper bereits ist, desto mehr weitere Planetesimale sammelt er auf, so dass grössere Körper schneller wachsen als kleinere (Runaway-Prozess) und sich letztendlich zu Planeten entwickeln. Die Gasplaneten würden in diesem Modell durch Akkretion von Gas in den an den bereits entstandenen grossen Gesteinskörpern entstehen.

Beide Szenarien für die Entstehung von Planeten müssen sich nicht unbedingt ausschliessen. So ist es etwa möglich, das Gasriesen durch Gravitationsinstabilitäten entstehen, während erdähnliche Planeten durch Ansammlung von Planetesimalen entstehen.

Experimentelle Beobachtung von protoplanetaren Scheiben

Die ersten protoplanetare Scheiben wurden 1994 von C. Robert O'Dell und Mitarbeitern mit dem Hubble Space Teleskop im Orionnebel beobachtet. In diesem Sternentstehungsgwebiet sind etwa 50% aller jungen Sterne von einer protoplaneteren Scheibe umgeben.