ALMA zeigt erstmals den „Wirbel“ eines entstehenden Planeten

Über die ver­gan­ge­nen Jahr­zehn­te hin­weg haben Astro­no­men eine recht voll­stän­di­ges Sze­na­rio dafür ent­wi­ckelt, wie neue Pla­ne­ten ent­ste­hen. Den Anfang machen mikro­sko­pi­sche Staub­kör­ner, die mit­ein­an­der ver­klum­pen. Am Ende kommt es zur Ent­ste­hung von Gesteins­pla­ne­ten mit Durch­mes­sern von Tau­sen­den von Kilo­me­tern wie unse­rer Erde oder der noch deut­lich grö­ße­ren Gas­rie­sen wie Jupi­ter. Das Sze­na­rio wird durch Simu­la­tio­nen und Beob­ach­tun­gen gestützt, aber bei den direk­ten Beob­ach­tun­gen gab es eine wich­ti­ge Lücke. Jetzt hat ein Astro­no­men­team unter der Lei­tung von Myri­am Benis­ty vom Max-Planck-Insti­tut für Astro­no­mie die­se Lücke geschlos­sen: ihr mit dem ALMA-Obser­va­to­ri­um in Chi­le auf­ge­nom­me­nes Bild zeigt die Wech­sel­wir­kun­gen des Pla­ne­ten WISPIT 2b – eines Gas­rie­sen mit der fünf­fa­chen Mas­se des Jupi­ter – mit dem umge­ben­den Gas der pro­to­pla­ne­ta­ren Scheibe.

Protoplanetare Scheiben und ihre Strukturen

Pro­to­pla­ne­ta­re Schei­ben aus Gas und Staub sind die Geburts­or­te von Pla­ne­ten. Sie ent­ste­hen im Lau­fe der Stern­ent­ste­hung rund um den jewei­li­gen jun­gen Stern. Die Pla­ne­ten­ent­ste­hung beginnt damit, dass kos­mi­sche Staub­teil­chen in der Schei­be mit­ein­an­der ver­klum­pen. In einem ers­ten Schritt ent­ste­hen dabei kie­sel­stein­gro­ße Gebil­de, Peb­bles, die sich im Lau­fe der Zeit zu grö­ße­ren Gebil­den zusam­men­fin­den, den Pla­ne­te­si­ma­len mit einer Grö­ße von eini­gen bis zu hun­dert Kilo­me­tern. Die­se Pla­ne­te­si­ma­le wie­der­um ver­bin­den sich zu soli­den, pla­ne­ten­gro­ßen Kugeln. In einem gas­rei­chen Teil sam­meln sich um die Kugeln gro­ße Men­gen Gas: sie wer­den zu den Ker­nen von Gas­rie­sen wie Jupi­ter oder Saturn.

Beob­ach­tungs­da­ten für die­ses Ent­ste­hungs­sze­na­rio waren bis­lang über­wie­gend indi­rek­ter Natur. Erst seit etwa einem Jahr­zehnt sind direk­te­re Ein­bli­cke mög­lich: Im Jahr 2014, direkt als das Mil­li­me­ter-/Sub­mil­li­me­ter-Obser­va­to­ri­um ALMA den wis­sen­schaft­li­chen Beob­ach­tungs­be­trieb auf­nahm, lie­fer­te es ers­te Bil­der von ring­ar­ti­gen Struk­tu­ren in pro­to­pla­ne­ta­ren Schei­ben, wel­che durch die Anwe­sen­heit jun­ger Pla­ne­ten in der Schei­be ver­ur­sacht wer­den dürf­ten. Im Jahr 2018 gelang es Astro­nom­in­nen und Astro­no­men unter der Lei­tung von Miri­am Kepp­ler, damals Dok­to­ran­din am MPIA, mit dem SPHE­RE-Instru­ment am Very Lar­ge Telescope der ESO das ers­te bestä­tig­te Bild eines Pro­to­pla­ne­ten inner­halb einer pro­to­pla­ne­ta­ren Schei­be auf­zu­neh­men. Es zeigt den Pla­ne­ten PDS 70b in der Schei­be um den Stern PDS 70.

Das WISPIT-2-System

Mit einer Ent­fer­nung von nur etwa 370 Licht­jah­ren von uns ist das PDS-70-Sys­tem nahe genug, dass ver­gleichs­wei­se detail­rei­che Beob­ach­tun­gen mög­lich wer­den. Wech­sel­wir­kun­gen zwi­schen den Pro­to­pla­ne­ten und dem Gas in der Schei­be konn­ten aller­dings bis­lang nicht nach­ge­wie­sen wer­den. Die Pla­ne­ten von PDS 70 schei­nen ihre unmit­tel­ba­re Umge­bung recht effek­tiv von Gas „gerei­nigt“ zu haben. Im August 2025 eröff­ne­te sich dann eine wei­te­re Chan­ce. Da wur­de die Ent­de­ckung des Sys­tems WISPIT 2 bekannt­ge­ge­ben, mit einer wei­te­ren pro­to­pla­ne­ta­ren Schei­be, in der ein Pla­net deut­lich zu erken­nen ist. WISPIT 2 ist nach dem Such­pro­gramm benannt, das zu sei­ner Ent­de­ckung führ­te („WIde Sepa­ra­ti­on Pla­nets In Time“, sehr frei über­setzt: weit von ihrem Stern ent­fern­te Pla­ne­ten über län­ge­re Zeit ver­folgt). Das Sys­tem ist 430 Licht­jah­re weit von der Erde entfernt. 

Der ers­te Pla­net des Sys­tems, WISPIT 2b, ein Gas­rie­se, wur­de par­al­lel mit dem SPHE­RE-Instru­ment am VLT der ESO und dem 6,5‑m-Magellan-Clay-Teleskop ent­deckt. Cha­rak­te­ris­ti­sches Licht von ange­reg­tem Was­ser­stoff (die „Hα-Linie“) zeigt, dass die­ser Pla­net nach wie vor Gas aus sei­ner Umge­bung akkre­tiert, also immer noch wächst. Die Ent­de­ckung eines zwei­ten Pla­ne­ten, WISPIT 2c, wur­de im März 2026 auf der Grund­la­ge von Beob­ach­tun­gen mit den VLT-Instru­men­ten SPHERE und GRAVITY+ bekannt gege­ben. Eine klei­ne Über­ra­schung: Ein im August 2026 ver­öf­fent­lich­ter Fach­ar­ti­kel des MPIA-Dok­to­ran­den Cade Bür­gy zeigt, dass sich im Zen­trum der Schei­be nicht ein ein­zel­ner Stern, son­dern zwei Ster­ne in einer sehr engen Umlauf­bahn umein­an­der befinden!

Winzige Details als Herausforderung

Was die Erstel­lung aus­sa­ge­kräf­ti­ger astro­no­mi­scher Bil­der der Pla­ne­ten­ent­ste­hung beson­ders schwie­rig macht, ist der win­zi­ge Maß­stab der betei­lig­ten Struk­tu­ren. Wür­de Ihnen jemand, der 2 Meter von Ihnen ent­fernt steht, ein Buch hoch­hal­ten, könn­ten Sie dann den Text lesen? Wie wäre es mit 10 Metern? Bei der Ent­fer­nung von WISPIT 2 ist die Abbil­dung einer Struk­tur, die so groß ist wie die Ent­fer­nung zwi­schen Erde und Son­ne („eine astro­no­mi­sche Ein­heit“, abge­kürzt 1 AE), von der Detail­grö­ße her so schwie­rig, als woll­ten sie ein gewöhn­li­ches Buch aus einer Ent­fer­nung von 5 Kilo­me­tern lesen.

Es gibt zumin­dest bei Gas- und Staub­struk­tu­ren eigent­lich nur eine Anla­ge, die das nöti­ge Auf­lö­sungs­ver­mö­gen besitzt: das ALMA-Obser­va­to­ri­um, ein Feld aus 66 Radio­te­le­sko­pen auf dem Cha­jnan­tor-Pla­teau in den chi­le­ni­schen Anden, betrie­ben von einem inter­na­tio­na­len Kon­sor­ti­um. Die ALMA-Anten­nen las­sen sich in einer ganz bestimm­ten Wei­se so „zusam­men­schal­ten“, dass sie so scharf sehen wie ein ein­zi­ges rie­si­ges Tele­skop mit einem Durch­mes­ser von bis zu 16 Kilo­me­tern. Nach der Ent­de­ckung von WISPIT 2b lag daher nahe, Gas und Staub in der WISPIT-2-Schei­be mit ALMA genau­er unter die Lupe zu nehmen. 

ALMA beobachtet das Wispit-2-System

Ent­spre­chend rich­te­ten sich im Sep­tem­ber 2025 die ALMA-Anten­nen auf das WISPIT 2‑System. Die dama­li­ge Anten­nen­an­ord­nung ent­sprach dem größ­ten mit ALMA mög­li­chen Auf­lö­sungs­ver­mö­gen. Wei­te­re Beob­ach­tun­gen folg­ten im Novem­ber 2025 und im März 2026. Das Beob­ach­tungs­pro­gramm waren von einem Team unter der Lei­tung von Ste­fa­no Fac­chi­ni von der Uni­ver­si­tät Mai­land geplant und vor­ge­schla­gen wor­den, zu dem auch Myri­am Benis­ty gehör­te, die Lei­te­rin der Abtei­lung „Pla­ne­ten­ent­ste­hung und Exo­pla­ne­ten“ am MPIA. Fac­chi­ni, Benis­ty und wei­te­re Team­mit­glie­der waren bes­tens vor­be­rei­tet: In den ver­gan­ge­nen Jah­ren hat­ten sie im Rah­men des Pro­jekts „exo­AL­MA“ ihre Fähig­kei­ten geschult, aus ALMA-Beob­ach­tun­gen von pro­to­pla­ne­ta­ren Schei­ben mög­lichst vie­le Infor­ma­tio­nen zu gewin­nen. Benis­ty war bereits Teil der For­schungs­grup­pe gewe­sen, die WISPIT 2b ent­deckt hatte. 

Ein leis­tungs­star­kes Obser­va­to­ri­um plus ein Team erfah­re­ner Nut­zer erwies sich als die rich­ti­ge Kom­bi­na­ti­on. Den For­schen­den gelang es, Bil­der des Staubs und des Gases in der pro­to­pla­ne­ta­ren Schei­be auf­zu­neh­men, die so detail­l­reich waren wie nie zuvor. Span­nen­de Ergeb­nis­se gab es ins­be­son­de­re beim Gas der Schei­be. Benis­ty, die die­sen Teil des Pro­jekts lei­te­te, sagt: „Wir sehen deut­lich, wie bei­de Pla­ne­ten das Gas in ihrer Umge­bung beein­flus­sen. WISPIT 2c hat um sich her­um eine Art Höh­le aus Gas geschaf­fen, WISPIT 2b eine Lücke im Gas der Schei­be. Um WISPIT 2b her­um fin­den wir genau so eine Art von Gas­wir­bel, die Simu­la­tio­nen von Schei­be-Pla­net-Wech­sel­wir­kun­gen vor­her­ge­sagt haben. Beob­ach­tet wur­de solch ein Wir­bel aller­dings nicht – aber jetzt haben wir ein Bild davon!“ Damit ist WISPIT 2b der ein­zi­ge Pro­to­pla­net, bei dem alle Puz­zle­tei­le der Pla­ne­ten­ent­ste­hung sicht­bar gemacht sind: die pro­to­pla­ne­ta­re Schei­be, der Pla­ne­ten selbst, der Nach­weis, dass der Pla­net noch immer Mate­rie ansam­melt, und nun eben das Gas, wie es direkt mit dem Pla­ne­ten inter­agiert. Pla­ne­ten­ent­ste­hung live.

Was folgt aus Gaswirbeln?

Die Hoff­nung dabei: Sind nach die­sem ers­ten Bei­spiel erst ein­mal wei­te­re Beob­ach­tun­gen die­ser Art gelun­gen, könn­te sich eine wich­ti­ge offe­ne Fra­ge beant­wor­ten las­sen. Wir­bel allein, ohne den direk­ten Nach­weis eines Pla­ne­ten, wur­den näm­lich bereits in ande­ren pro­to­pla­ne­ta­ren Schei­ben beob­ach­tet. Aller­dings las­sen sich sol­che Wir­bel erst ein­mal nicht ein­deu­tig inter­pre­tie­ren: Deu­ten sie auf die Anwe­sen­heit eines selbst nicht sicht­ba­ren Pla­ne­ten hin? Oder sind da doch nur, ganz ohne Pla­net, tur­bu­len­te Pro­zes­se in pro­to­pla­ne­ta­ren Schei­ben am Werk? In den jetzt ver­öf­fent­lich­ten Beob­ach­tun­gen sehen wir erst­mals bei­des, Wir­bel und Pla­net. Ste­fa­no Fac­chi­ni von der Uni­ver­si­tät Mai­land, ver­ant­wort­lich für die ALMA-Beob­ach­tun­gen, denen wir die neu­en Ergeb­nis­se ver­dan­ken, sagt: „Hof­fent­lich hel­fen Beob­ach­tun­gen wie die­se den Astro­no­men, in Zukunft Schei­ben­merk­ma­le, die auf die Anwe­sen­heit eines Pro­to­pla­ne­ten hin­deu­ten, von sol­chen zu unter­schei­den, die auf ande­re Wei­se zustandekommen.“

WISPIT 2b ist ein Gas­rie­se in beträcht­li­cher Ent­fer­nung von den Zen­tral­ster­nen, mit einem Abstand von 57 astro­no­mi­schen Ein­hei­ten fast dop­pelt so weit ent­fernt wie Nep­tun von der Son­ne. Fast alle bekann­ten Exo­pla­ne­ten befin­den sich viel näher an ihrem Zen­tral­stern. Die bei der Ana­ly­se ver­wen­de­ten Metho­den ebnen den Weg für Beob­ach­tun­gen sol­cher ihrem Stern nähe­ren Pla­ne­ten mit Instru­men­ten der nächs­ten Gene­ra­ti­on, näm­lich mit dem 39-Meter-Extre­me­ly Lar­ge Telescope der ESO und im Rah­men der geplan­ten Auf­rüs­tung der ALMA-Anten­nen mit deut­lich ver­bes­ser­ter Emp­find­lich­keit. In etwas mehr als einem Jahr­zehnt könn­ten die­se Instru­men­te eine aktua­li­sier­te Ver­si­on des vor­lie­gen­den Ergeb­nis­ses lie­fern: eine Moment­auf­nah­me eines Gas­rie­sen, der sich in der­sel­ben Ent­fer­nung von sei­nem Stern befin­det wie Jupi­ter oder Saturn von der Son­ne. Damit gewin­nen wir dann hof­fent­lich auch neue Erkennt­nis­se dar­über, wie sol­che Gas­rie­sen dazu bei­tra­gen, ein Son­nen­sys­tem wie das unse­re zu formen.

MP

Hintergrundinformationen

Die hier vor­ge­stell­ten Ergeb­nis­se wur­den ver­öf­fent­licht als M. Benis­ty et al., „Map­ping the WISPIT 2 Pla­net-Hos­ting Cavi­ty at Sub-Hill-Radi­us sca­les“, in der Fach­zeit­schrift Astro­phy­si­cal Let­ters. Der Nach­weis des Dop­pel­stern­sys­tems im Zen­trum von WISPIT 2 wur­de als A&A‑Letter ange­nom­men und ist als E‑Print auf dem arXiv ver­füg­bar unter dem Titel: C. J. Bür­gy et al., „A clo­ser look at the WISPIT 2 host star. Evi­dence for a spec­tro­sco­pic binary.“

Die betei­lig­ten MPIA-For­sche­rin­nen und For­scher sind Myri­am Benis­ty, Fran­ces­co Zaga­ria und Cade Bür­gy in Zusam­men­ar­beit mit Ste­fa­no Fac­chi­ni (Uni­ver­si­tät Mai­land), Richard Teague (MIT), Pie­tro Curo­ne (Uni­ver­si­tät Chi­le), Vivi­a­na Pez­zot­ta (Uni­ver­si­tät Mai­land), Jaehan Bae (Uni­ver­si­tät Flo­ri­da), Gabrie­le Cug­no (Uni­ver­si­tät Zürich) und Dani­el Pri­ce (Monash University).

Das Ata­ca­ma Lar­ge Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ist eine inter­na­tio­na­le astro­no­mi­sche Ein­rich­tung, die von der Euro­päi­schen Süd­stern­war­te (ESO), der US-ame­ri­ka­ni­schen Natio­nal Sci­ence Foun­da­ti­on (NSF) und den Natio­nal Insti­tu­tes of Natu­ral Sci­en­ces (NINS) Japans in Zusam­men­ar­beit mit der Repu­blik Chi­le betrie­ben wird. ALMA wird von der ESO im Namen ihrer Mit­glied­staa­ten, von der NSF in Zusam­men­ar­beit mit dem Natio­nal Rese­arch Coun­cil of Cana­da (NRC) und dem Natio­nal Sci­ence and Tech­no­lo­gy Coun­cil (NSTC) in Tai­wan sowie von den NINS in Zusam­men­ar­beit mit der Aca­de­mia Sini­ca (AS) in Tai­wan und dem Korea Astro­no­my and Space Sci­ence Insti­tu­te (KASI) finan­ziert. Der Bau und Betrieb von ALMA wird von der ESO im Namen ihrer Mit­glied­staa­ten, vom Natio­nal Radio Astro­no­my Obser­va­to­ry (NRAO), das von Asso­cia­ted Uni­ver­si­ties, Inc. (AUI) ver­wal­tet wird, im Namen Nord­ame­ri­kas und vom Natio­nal Astro­no­mic­al Obser­va­to­ry of Japan (NAOJ) im Namen Ost­asi­ens gelei­tet. Das Joint ALMA Obser­va­to­ry (JAO) über­nimmt die ein­heit­li­che Lei­tung und Ver­wal­tung des Baus, der Inbe­trieb­nah­me und des Betriebs von ALMA.

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