Neue Simulationen zeigen, dass die ersten Bausteine für Gesteinsplaneten bereits 100 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden sein könnten. Damit wäre dieser Prozess deutlich früher möglich als bisher angenommen. Die Ergebnisse wurden in einer Studie im Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
Frühe Supernova als Auslöser
Die Simulationen basieren auf der Annahme, dass eine sogenannte Paarinstabilitäts-Supernova die notwendigen schweren Elemente für die Bildung von Planetesimalen liefern konnte. Solche Supernovae treten bei extrem massereichen Sternen auf, die zwischen 120 und 260 Sonnenmassen haben. Bei der Explosion werden mehr als 100 Sonnenmassen an schweren Elementen freigesetzt.
Im frühen Universum waren diese schweren Elemente wie Silizium, Magnesium, Sauerstoff, Kohlenstoff und Eisen noch extrem selten. Sie mussten erst in Sternen erzeugt und durch Supernova-Explosionen verteilt werden. Die Simulation zeigt, dass eine solche Explosion lokal eine Region mit deutlich höherer Metallizität schaffen konnte, die die Bildung von Planetesimalen ermöglichte.
Prozess der Planetenentstehung
Die Simulation beginnt mit einer langsam rotierenden Gaswolke, die sich verdichtet. Nach etwa 24.000 Jahren bildet sich ein Protostern, gefolgt von einer rotierenden Scheibe aus Gas und Staub. Innerhalb von 21.000 Jahren entwickelt diese Scheibe eine Spiralstruktur, die die Umverteilung von Material begünstigt. Am Ende der Simulation, etwa 100.000 Jahre nach Beginn, hat sich ein System aus Stern und Scheibe gebildet, das die Entstehung von Planetesimalen ermöglicht.
Neben den Gesteinsbausteinen entsteht in diesem Prozess auch Wasser. Sauerstoff aus der Supernova-Explosion reagiert mit Wasserstoff, wobei sich in dichten Regionen der Gaswolke Wasser bildet. In einigen Bereichen erreicht der Wassergehalt einen Anteil von etwa 0,01 Prozent der Gesamtmasse.
Die Studie zeigt, dass die Entstehung von Gesteinsplaneten bereits in einer sehr frühen Phase des Universums möglich war, auch wenn dies bisher nicht direkt beobachtet wurde. Die Ergebnisse ändern die bisherige Annahme, dass dieser Prozess erst nach mehreren Generationen von Sternen und über Milliarden von Jahren stattfinden konnte.
- Quelle: The Astrophysical Journal Letters
- Quelle: NASA