Bild erstellt mit KI: Fragt man eine Künstliche Intelligenz, wie sie sich die Geburt eines Planeten vorstellt, kommt ein runder Planet heraus (Quelle: Dariel/Adobe Stock)

Es gibt viele ungelöste Rätsel in den Weiten unseres Universums. Eines davon ist die Entstehung neuer Planeten. Bisher hatte man angenommen, dass Planeten schon bei ihrer Geburt kugelrund sind.

Wissenschaftler der University of Central Lancashire haben dies mithilfe einer Supercomputer-Simulation auf die Probe gestellt und ihre Ergebnisse in einem Beitrag am 01. Februar 2024 veröffentlicht. Die Simulation ergab etwas Erstaunliches: Das stimmt nicht - manche Planeten bilden sich sogar ziemlich flach! Dazu gleich mehr.

Sehen junge Planeten wie flache Schokolinsen aus?

Wichtig: Die folgende Erklärung geht nicht zu sehr ins Detail, um die Lesbarkeit zu wahren. Es dient vor allem dazu, ein greifbares Bild zu schaffen, wie ihr euch so eine Planetengeburt ungefähr vorstellen könnt. Aber der Reihe nach ...

Was man bisher dachte: Junge Planeten, auch Protoplaneten genannt, entstehen meist im Prozess der sogenannten heißen Akkretion (Planeten mit einem Eisenkern wie die Erde) und Kern-Akkretion (Gasriesen mit solider Kernmasse wie Jupiter und Saturn).

Akkretion: Dabei sammeln sich immer mehr durchs Weltall fliegende Gesteinsbocken, Gas und Staubkörner und klumpen zu einem langsam wachsenden, runden Planeten zusammen.

Wir beschäftigen uns schon lange mit der Planetenentstehung, aber noch nie haben wir daran gedacht, die Form der Planeten während ihrer Entstehung in den Simulationen zu überprüfen. Wir hatten immer angenommen, dass sie kugelförmig sind.

Das sagt Dr. Dimitris Stamatellos, der an der Studie mitgewirkt hat. Die Wissenschaftler stellten also diese Annahme infrage, benutzten einen Supercomputer, um gängige Bilder zu überprüfen. Die Simulation des Supercomputers war ziemlich aufwendig:

Es war ein extrem anspruchsvolles Rechenprojekt, das eine halbe Million CPU-Stunden auf der britischen DiRAC High-Performance Computing Facility erforderte. Aber die Ergebnisse waren erstaunlich und die Mühe wert!

Das ergänzt Dr. Adam Fenton, ein kürzlich promovierter Student, der die Forschungsarbeiten leitete. Heraus kamen unterschiedlichste Formen bei der Planetenbildung, die die Wissenschaftler so bisher nicht auf dem Schirm hatten.

Die Ergebnisse: Man dachte bisher, dass sich Gasplaneten wie Gesteinsplaneten immer kugelrund bilden. Der Supercomputer hat in seiner Simulation aber nicht nur Kugeln, sondern größtenteils andere Formen ausgespuckt.

Die neu gebildeten Planeten in ihrer Simulation bestanden oft auch aus abgeflachten Körpern.

Wir waren ziemlich überrascht, als sie sich als abgeflachte Sphäroide entpuppten – sie glichen Smarties!

Dimitris Stamatellos, Co-Autor

So sehen die Ergebnisse der Simulation übrigens aus:

Einer der simulierten, jungen Planet. Links aus der Perspektive von oben, rechts von der Seite (Quelle: University of Central Lancashire)

Ein kleiner Exkurs: Bei ihrer Entstehung handelt es sich aber nicht um die Theorie der oben beschriebenen Akkretion, nach dessen Vorbild sehr wahrscheinlich auch unsere Erde entstanden ist.

Die Rede ist hier von der sogenannten Theorie der Scheibeninstabilität, eine weitere Möglichkeit, wie Planeten entstehen können. Eine verständliche Erklärung dazu folgt im nächsten Absatz.

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Die Erklärung hinter den Planeten-Smarties

Den Anfang bildet wie immer eine zusammenhangslose Masse an Material im Weltraum. Kommt genügend Masse zusammen, bilden sich Planeten oder Sterne. Junge Sterne sammeln weitere Masse um sich herum und bilden sogenannte Massescheiben.

Manchmal ist das so viel Materie, dass sich Teile dieser Massescheibe lösen. So beschreibt es die Universität Zürich etwas abstrakt:

Dabei ist die Materiescheibe um den jungen Stern so dicht, dass Gas und Staub aufgrund ihrer Schwerkraft Spiralarme bilden, die Klumpen enthalten. Schließlich lässt die Gravitation diese Klumpen direkt in sich zusammenstürzen und formt so einen Gasplaneten, ähnlich wie Sterne gebildet werden.

Jetzt sind wir am Ziel: Stürzen diese kleinen Ausreißer-Klumpen zusammen, spricht man von einem Gaskollaps. Das ist quasi die Geburtsstunde neuer Planeten und hier setzt auch die Simulation der beiden Forscher an. Sie weist nach, dass die im Kollaps entstehenden Planeten in vielen Fällen keine Kugeln, sondern abgeflachte Körper sind.

Deutlich sichtbar: So sieht das im Bild der Simulation aus, wenn sich Planeten neben einer sogenannten protostellaren Scheibe formen:

Seht ihr die roten Punkte links und rechts der großen Massescheibe? Das sind die ausbrechenden Klumpen, die sich zu neuen Planeten formen (Quelle: University of Central Lancashire)

Warum ist diese Erkenntnis für uns wertvoll? Das beschreiben die Wissenschaftler so:

In den letzten drei Jahrzehnten wurden viele Exoplaneten entdeckt, d. h. Planeten, die Sterne in anderen Sonnensystemen als unserem eigenen umkreisen. Obwohl viele Tausende von ihnen beobachtet wurden, ist ihre Entstehung nach wie vor ungeklärt.

Mit großangelegten Simulationen wie diesem können wir also besser verstehen, wie der Kosmos um uns herum funktioniert und was wir da eigentlich so beobachten.

Nicht die einzige Erkenntnis der Simulation: Der Betrachtungswinkel unserer Teleskope spielt zukünftig eine größere Rolle. Das Aussehen von Planeten kann also je nach Winkel variieren - zumindest bei jungen Planeten.

Dieses Wissen ist wichtig für zukünftigen Betrachtungen jüngerer Planeten. Etwa dann, wenn Wissenschaftler mit dem James Webb Space Teelscope (JWST), dem Atacama Large Milimeter Array (ALMA) und dem Very Large Telescope (VLT) Beobachtungen vornehmen.

Nicht nur im Weltraum finden unsere Forscher überraschend Neues - Mit Graphen-Beton statt knappen Sand wollen Wissenschaftler in Zukunft bauen.

Was denkt ihr über Smarties-förmige Planeten, die sich aus unfassbar großen Massescheiben bilden können? Findet ihr die Entstehung unseres Universums auch so spannend? Sitzt ihr auch manchmal wie Autor Kevin abends im Freien und beobachtet den Nachthimmel - stets fragend, was es für uns alles noch zu entdecken gibt? Schreibt uns eure Gedanken und Ideen gerne in die Kommentare und tauscht euch untereinander aus.