// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
Webb-Teleskop zeigt den Wettlauf junger Gasriesen gegen Scheibenwinde
Junge Sterne verlieren das Gas ihrer planetenbildenden Scheiben nicht immer auf dieselbe Weise. Eine Analyse mit dem James Webb Space Telescope (JWST) von 72 Systemen weist darauf hin, dass bei starkem Materiezufluss vor allem schnelle Gasstrahlen und molekulare Winde auftreten, während später zunehmend atomare Winde dominieren. Für entstehende Gasriesen begrenzt dieser Wandel das Zeitfenster zum Aufbau massereicher Atmosphären.
Tucson (U.S.A.). Planeten entstehen in Scheiben aus Gas und Staub, die junge Sterne für einige Millionen Jahre umgeben. Gerade für Gasriesen ist dieser Vorrat entscheidend, weil sie einen großen Teil ihrer Masse aus dem Scheibengas aufnehmen. Wie dieses Gas verschwindet und welche Ausflussmechanismen in verschiedenen Entwicklungsstadien überwiegen, war bisher jedoch nur unvollständig geklärt.
Forscher der University of Arizona (U of A) um Naman S. Bajaj haben nun Archivdaten des Mid-Infrared Instrument (MIRI) am JWST für 72 junge protoplanetare Scheiben ausgewertet. Die Stichprobe umfasst nur Scheiben mit einer Neigung von mehr als 40 Grad. Dadurch lassen sich Gasströme, die aus der Scheibenebene austreten, räumlich leichter von der Scheibe trennen.
Das Team suchte vor allem nach Emissionen von molekularem Wasserstoff H₂ und einfach ionisiertem Neon ([Ne II]). H₂ macht molekulare Ausflüsse sichtbar, während [Ne II] sowohl schnelle Jets, also gebündelte Gasstrahlen, als auch langsamere atomare Winde markieren kann. Da die Forscher nicht dieselben Scheiben über Millionen Jahre verfolgen konnten, verglichen sie Systeme mit unterschiedlichen Akkretionsraten. Die Rate, mit der Materie aus der Scheibe auf den Stern fällt, dient dabei als Näherung für verschiedene Entwicklungsstadien.
Räumlich ausgedehnte H₂-Emission fand sich in 64 der 72 Systeme, ausgedehnte [Ne II]-Emission in 57. Bei 46 Scheiben erkannte das Team eine kegelförmige H₂-Struktur, die zu einem molekularen Scheibenwind passt. In 40 Systemen wies die Neonemission auf einen schnellen Jet hin. 34 dieser 40 Jet-Systeme zeigten zugleich einen ausgedehnten H₂-Wind.
„Das Spannende an dieser Studie ist, dass wir nun an einer großen Stichprobe junger Systeme sehen können, wie sich die Mechanismen, die Gas aus planetenbildenden Scheiben entfernen, mit der Zeit verändern. Die Zerstreuung der Scheibe setzt eine grundlegende Uhr für die Planetenbildung: Sobald das Gas verschwunden ist, ist die Möglichkeit, gasreiche Planeten zu bilden, im Wesentlichen vorbei“, sagt Uma Gorti vom SETI Institute.
Die Häufigkeit von Jets und H₂-Winden nimmt mit steigender Akkretionsrate deutlich zu. Dagegen fanden die Forscher in ihrer Stichprobe keinen vergleichbaren Zusammenhang mit der Neigung der Scheibe oder der Sternmasse. Dieses Muster spricht dafür, dass starke Ausflüsse eng mit der aktiven Akkretionsphase verbunden sind.
Vor allem bei höherer Akkretion treten atomare Jets gemeinsam mit molekularen Winden auf. Die beobachteten Strukturen sind mit magnetohydrodynamischen Scheibenwinden vereinbar, bei denen großräumige Magnetfelder Gas aus der Scheibe herausführen und dabei auch Drehimpuls abtransportieren. Solche dichten inneren Winde könnten außerdem energiereiche Strahlung des jungen Sterns abschirmen. Die Studie belegt diese Abschirmung nicht direkt, sie passt aber zu der beobachteten Abfolge der Ausflussarten. Lässt die Abschirmung nach, kann Sternstrahlung das Gas erhitzen und einen photoevaporativen, also strahlungsgetriebenen Wind begünstigen.
„Neon zeichnet zunächst die schnellen Jets nach, während molekularer Wasserstoff die breiteren Winde sichtbar macht. Später sehen wir Neon in der langsameren, breiteren Bewegung des photoevaporativen Windes, wenn die magnetischen Jets und Winde schwächer werden und Röntgenphotonen Neon anregen können. In dieser Phase scheint molekularer Wasserstoff schwächere Winde oder gar nichts mehr nachzuzeichnen“, sagt Naman Bajaj.
Bei niedrigeren Akkretionsraten verändert sich das Bild. Die Jets werden seltener, während atom