Revolution in der Astrophysik: Neues Modell für die Entstehung von Planeten!

Revolution in der Astrophysik: Neues Modell für die Entstehung von Planeten!

Am 21.07.2025 wird ein neuartiges Experiment vorgestellt, das einen bedeutenden Fortschritt in der Erforschung der Planetenbildung darstellt. An der Universität Greifswald haben Wissenschaftler ein Wasser-Tornado-Modell entwickelt, das die komplexen Prozesse in Akkretionsscheiben, die junge Sterne umgeben, simuliert. Diese Akkretionsscheiben spielen eine entscheidende Rolle in der Astrophysik, da sie Materie zu zentralen Objekten transportieren und die Bildung von Planeten ermöglichen.

In Akkretionsscheiben, die aus rotierendem Gas und Staub bestehen, kreisen mikroskopisch kleine Partikel um ein zentrales Objekt, das durch seine Schwerkraft die Umgebung beeinflusst. Das Gas in diesen Scheiben enthält atomare und ionisierte Gase sowie interstellaren Staub. Während des Prozesses gewinnen die zentralen Objekte an Masse, indem ein Teil des Gases ins Zentrum der Scheibe gelangt. Diese dynamischen Prozesse sind jedoch schwer zu beobachten, was Forschungsarbeiten in der Astronomie herausfordert.

Das Wasser-Tornado-Modell

Das neu entwickelte Wasser-Tornado-Modell wirkt als Prototyp für die Nachbildung der Bewegungen in planetenbildenden Akkretionsscheiben. Die Wissenschaftler rund um Mario Flock, der am Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) arbeitet, haben herausgefunden, dass durch den Versuchsaufbau von zwei unterschiedlich breiten Plexiglaszylindern eine Simulation der Gravitationsfeldbedingungen erreicht werden kann. Hierbei wird Wasser in Rotation versetzt, was einen Trichter erzeugt, der die Eigenschaften einer protoplanetaren Scheibe nachahmt.

In ersten Versuchen mit Polypropylenkugeln zur Analyse des Strömungsverhaltens zeigte sich, dass viele dieser Kugeln nicht dem ersten Keplerschen Gesetz entsprachen, während andere Gesetze gut wiedergegeben wurden. Diese Erkenntnisse sind vielversprechend, da sie es ermöglichen könnten, die physikalischen Eigenschaften von Akkretionsscheiben besser zu verstehen.

Zusätzliche Einsichten und Herausforderungen

Die Herausforderungen in der Simulation von Akkretionsscheiben sind erheblich. Diese Scheiben können einen Durchmesser von einigen hundert Astronomischen Einheiten bis zu hunderten Parsec besitzen, und die Materie kann die Masse des zentralen Objekts um 1-2 Größenordnungen übersteigen. Zudem kann die thermische Struktur dieser Scheiben Millionen Kelvin erreichen, was zusätzlich die Komplexität der Simulationen erhöht.

Das Strahlungsprofil von Akkretionsscheiben, das für ihre Helligkeit verantwortlich ist, setzt sich aus Strahlung vieler Ringe unterschiedlichster Temperaturen zusammen und reicht vom Infraroten bis zur harten Röntgenstrahlung. Dies macht es notwendig, die Simulationen mit realen Messungen abzugleichen, um potenzielle Rechenartefakte zu vermeiden.

Das Wasser-Tornado-Modell könnte dazu beitragen, einige dieser Schwierigkeiten zu verringern und ist ein vielversprechender Ansatz zur Erforschung von Prozessen in planetenbildenden Scheiben. Die Wissenschaftler hoffen, durch Anpassungen die Genauigkeit weiter zu verbessern, was möglicherweise weitreichende Implikationen für die Astronomie haben könnte.

An diesem Projekt sind neben den Forschern der Universität Greifswald auch mehrere Wissenschaftler des MPIA beteiligt. Mario Flock, der eine Arbeitsgruppe am MPIA leitet, erhielt einen ERC Consolidator Grant für ein Projekt zur Erforschung von entstehenden Planetensystemen, was die Bedeutung dieser Forschung unterstreicht.

Weitere Details zu Akkretionsscheiben und deren Eigenschaften finden sich in den umfassenden Berichten von Cosmos Indirekt sowie in den Einblicken von Universität Greifswald.