Protoplanetaresch Scheif

Eng protoplanetaresch Scheif, oder zirkumstellar Scheif oder och Proplyd (engl. Kuerzwuert fir Protoplanetary disk) genannt, ass eng rankfërmeg Scheif aus Gas a Stëbs ëm ee Protostär oder e vergläichbaren Objet (jonke Stär, Brongen Zwerg, Objet mat planetarer Mass) als Folleg vun hirer Genesis aus engem Moleküllwollekekär deen a sech zesummegefall ass.

E klenge primären Dréiimpuls geet der Urwollek duer, fir d'Bildung vun engem eenzele Stär ze verhënneren. Amplaz bilt sech, jee no Stäerkt vun der turbulenter Reiwung, op d'mannst en Duebel- oder Méirfachstär oder e Stär mat Planéitesystem. Am leschte Fall gi fir d'Mass vun der protoplanetarescher Scheif ee bis zéng Prozent vum Stär ugeholl, woubäi dee wäit gréissten Deel vum Dréiimpuls an der Scheif respektiv am Planéitesystem bleift. Fir de Mechanissem vum Auserneegoe kuckt Akkretiounsscheif. E klengen Deel vum Dréiimpuls gëtt och iwwer Jets ofginn.

Eng protoplanetaresch Scheif huet eng Struktur déi no baussen op ass. Am bannenzege Beräich ass d'Temperatur héich genuch, fir Stëbsdeelercher ze subliméieren. An de baussenzege Beräicher kann een déi optesch déck Scheif vertikal an en ettlech Schichten ënnerdeelen. Déi baussenzegst Schicht absorbéiert Photone vum Stär an aus dem interstellare Stralungsfeld. Aus méi déif leiende Schichten dréngt Infraroutliicht no baussen, sou datt d'Temperatur zum Mëttelplang hin eroffält an d'Molekülen ausfréieren. Stëbsdeelercher fale bis zum Mëttelplang erof a kënnen do koaguléieren.

Entwécklung vun enger protoplanetarescher Scheif bis zum Planéitesystem

D'Prozesser, déi dann zu der Bildung vu Planéite féieren, sinn nach net am Detail verstanen. Am Weesentleche gëtt et zwéi Modeller:

Koagulatioun an Akkretioun: Simulatioune weisen, datt interstellar Stëbsdeelercher zwar koaguléiere kënnen, et awer och verschiddenst Prozesser gëtt (Ofprallen, Zersplitteren) déi en Uwuessen op Millimeter-Gréisst behënneren. Déi aktuell Fuerschung versicht, dës Barriär mat ëmmer méi geneeë Simulatiounen ze duerchbriechen a kuckt dobäi och d'Reiwungselektrizitéit, d'Blëtzer an déi magnetiséiert Deelercher. Vun engem Duerchmiesser vun e puer Meter u sammelen d'Brochstécker gravitativ weidert Material un. Wat de Kierper méi grouss ass, ëmsou méi séier sammelt hie Stëbs op, sou datt méi grouss Kierper och méi séier wuesse wéi déi kleng (Runaway-Prozess). Wa grouss Planéitesimaler entstane sinn, ass den Deel vum Stëbs gréisstendeels verbraucht, sou datt dat weidert Wuesse bei Kollisiounen entsteet. Theoreetesch sollte grouss Planéitesimaler zu Protoplanéiten eruwuessen, déi de Beräich vun hirer Ëmlafbunn fräiraumen. D'Gasplanéite géifen an dësem Modell duerch Akkretioun vu Gas an de schonn entstanene grousse Gestengskierper entstoen.
Gravitatiounsinstabilitéit: Verdichtunge bannenzeg vun der protoplanetarescher Scheif, déi d'Jeans-Kriterium erfëllen, féieren zu der Zesummeballung vu Matière an zum Schluss zu der Bildung vu Planéiten. Speziell fir d'Bildung vun de Gasplanéiten ass dat e Modell deen dacks ugeholl gëtt. Theoreetesche Simulatiounen no (L. Mayer et al., Science (2002)) kënne sech Gasplanéite schonn an 1000 Joer aus spiralfërmegen Dichtinstabilitéite bannenzeg vu protoplanetaresche Scheiwe formen. Onkloer ass, wouduerch sou Instabilitéite verursaacht kënne ginn. Grouss masseräich Scheiwe gi vum selwen instabil wa s'ofkillen an domat den Drock offëlt (Alar Toomre, 1964). Méiglecherweis kënnen och a massenaarme Scheiwe lokal Instabilitéiten optrieden, wann dëse Beräich duerch eng baussenzeg Stéierung, zum Beispill eng no Supernova, verdicht gëtt.

Béid Zenarie fir d'Genesis vu Planéite musse sech net onbedéngt ausschléissen. Sou ass et eventuell méiglech, datt Gasrisen duerch Gravitatiounsinstabilitéiten entstinn, wärend äerdänlech Planéiten duerch Usammlung vu Planéitesimaler entstinn. D'Genesis vun Uranus an Neptun beispillsweis wier duerch eng Gravitatiounsinstabilitéit ouni Widdersproch fir déi begrenzt Liewensdauer vu protoplanetaresche Scheiwe méiglech; am konventionelle Koagulatiounsmodell géif d'Genesis vun de baussenzege Gasrise bis zu en ettlechen honnert Millioune Joer daueren, wärend Observatiounen drop hiweisen, datt protoplanetar Scheiwe schonn no manner wéi zéng Millioune Joer zerstéiert ginn (Haisch, Lada & Lada 2001). Anerersäits schwätzt den héijen Deel vu schwéieren Elementer besonnesch bei Uranus an Neptun géint eng direkt Bildung aus Gravitatiounsinstabilitéiten, well déi éischter zu enger sonnenänlecher Zesummesetzung féiere géifen.

Protoplanetar Scheiwen ëm Stäre gi banne ronn 10 Millioune Joer zerstéiert. De Gas an d'Deeler vu manner wéi 1 µm ginn vum Stärewand a vum Stralungsdrock aus dem System gedriwwen. Deelercher bis 1 cm falen duerch den Poynting-Robertson-Effet op Spiralbunnen an de Stär. Nëmmen déi gréisst Deelercher iwwerliewen.

D'Stëbsscheiwen, déi ëm al Stäre wéi d'Vega (zanter den 1980er Jore bekannt) si keng Reschter vu protoplanetare Scheiwen. De Stëbs gëtt duerch stänneg Kollisioune vu Planetoiden nogeliwwert.

Och de Stëbs an eisem Sonnesystem, deen am Zodiakalliicht ze gesinn ass, staamt vun Asteroidekollisiounen a vun Ausgasunge vu Koméiten.

Observatioune vu protoplanetaresche Scheiwen

Déi éischt protoplanetaresch Scheiwe goufen 1994 vum C. Robert O'Dell a senge Mataarbechter mam Hubble-Weltraumteleskop am Orionniwwel observéiert. An dësem Stäregebuertsgebit sinn ongeféier 50 % vun alle jonke Stäre mat enger protoplanetarer Scheif ëmginn. 1998 gouf fir d'éischt eng Scheif ëm e massive Stär fonnt. Duerch Infraroutfotoe konnten 2003 fir d'éischt Kéier kristallin Silikater an enger protoplanetarescher Scheif nogewise ginn, an duerch IR-Spektroskopie am Joer 2008 souguer organesch Matière wéi Blosaier, Kuelendioxid a Waasser.

Literatur

A. Natta, V. Grinin, V. Mannings, 2000, Properties and Evolution of Disks around Pre-Main-Sequence Stars of Intermediate Mass, Protostars and Planets IV, S. 559, ISBN 0-8165-2059-3
Antonella Natta, 2003, Circumstellar Disks in pre-Main Sequence Stars, arXiv-Preprint
Lucio Mayer, Thomas Quinn, James Wadsley & Joachim Stadel, 2002, Formation of Giant Planets by Fragmentation of Protoplanetary Disks, Science, 298:1756–1759, arXiv-Preprint
Alar Toomre, 1964, On the gravitational stability of a disk of stars, The Astrophysical Journal, 193:1217–1238 (behandelt galaktesch Scheiwen, gëtt awer dacks och am Zesummenhank mat protoplanetare Scheiwe zitéiert).
Karl E. Haisch, Elizabeth A. Lada, Charles J. Lada, Disk Frequencies and Lifetimes in Young Clusters, The Astrophysical Journal, Volume 553:L153-L156, arXiv-Preprint

Kuckt och

Portal Astronomie

Um Spaweck

Commons: Protoplanetar Scheif – Biller, Videoen oder Audiodateien

Mario Trieloff: Kannerstuff vun de Planéiten