Gasriesen wie Jupiter brauchen enorme Mengen Gas. Doch bei ihrer Entstehung läuft ihnen die Zeit davon: Winde und Jets tragen Material aus den Scheiben um junge Sterne ins All. Beobachtungen des James-Webb-Weltraumteleskops zeigen nun an 72 solcher Systeme, dass sich dieser Gasverlust im Laufe der Entwicklung verändert. Anfangs treten schnelle Jets sowie molekulare und atomare Winde auf. Später werden die Jets seltener und atomare Winde gewinnen an Bedeutung.
Ein Team um Naman Bajaj von der University of Arizona hat dafür Archivdaten des Mid-Infrared Instrument (MIRI) ausgewertet. Die Ergebnisse sind im Astronomical Journal erschienen. Nach Angaben der Universität gehört die Untersuchung zu den bislang größten JWST-Studien zur Entstehung von Planetensystemen.
Inhaltsverzeichnis
72 junge Planetensysteme im Vergleich
Planeten entstehen in Scheiben aus Gas und Staub, die junge Sterne umgeben. Wie dieses Material überhaupt in eine geordnet rotierende Scheibe gelangt, zeigt eine frühere Untersuchung, über die wir bereits berichtet haben: Wie Gas zu planetenbildenden Scheiben wird.
Solche Scheiben bleiben jedoch nicht dauerhaft bestehen. Material fällt auf den Stern, wird Teil entstehender Planeten oder wird durch Jets und Winde aus dem System geschleudert. Genau diesen letzten Weg haben Bajaj und sein Team untersucht.
Dafür werteten die Forschenden Beobachtungen von 72 jungen Sternen mit protoplanetaren Scheiben aus. Die Systeme wurden so ausgewählt, dass sich Gasströme ober- und unterhalb der Scheiben mit James Webb möglichst gut erkennen lassen.
Wichtig ist: Das Teleskop hat nicht dieselben Systeme über Millionen Jahre hinweg beobachtet. Stattdessen vergleicht das Team viele unterschiedlich weit entwickelte Scheiben. Ein Hinweis auf ihren Entwicklungsstand ist unter anderem, wie viel Material noch aus der Scheibe auf den jeweiligen Stern fällt.
James Webb findet Gaswinde in 66 Systemen
MIRI beobachtet im mittleren Infrarot. Dadurch lassen sich verschiedene Bestandteile des entweichenden Gases sichtbar machen.
Besonders wichtig waren zwei Signale: molekularer Wasserstoff, der große Teile des kalten und warmen Scheibengases ausmacht, sowie ionisiertes Neon, das vor allem heißeres und stärker angeregtes Gas nachzeichnet.
Bei 66 der 72 untersuchten Scheiben fanden die Forschenden räumlich ausgedehnte Gassignale. In 46 Systemen entdeckten sie kegelförmige Winde aus molekularem Wasserstoff. Bei 40 Systemen ließen sich zudem schnelle Jets nachweisen.
Auffällig ist, dass die Jets fast nie allein auftreten. Wo ein schneller Neon-Jet sichtbar war, fanden die Forschenden auch Hinweise auf einen begleitenden Wind. In den meisten Fällen ließ sich dieser direkt über molekularen Wasserstoff erkennen, in den übrigen über zusätzliche spektroskopische Beobachtungen.
Junge Systeme verlieren besonders viel Gas
Das Muster hängt stark davon ab, wie aktiv die jungen Sterne noch Material aus ihrer Umgebung aufnehmen. Bei Systemen, in denen noch viel Gas aus der Scheibe auf den Stern fällt, beobachtete das Team besonders häufig schnelle Jets und ausgedehnte molekulare Winde.
Das passt zu sogenannten magnetisch angetriebenen Scheibenwinden. Dabei koppelt das Gas an Magnetfelder in der Scheibe. Entlang dieser Feldstrukturen kann Material nach außen beschleunigt werden. Die Winde tragen dabei nicht nur Masse ab, sondern auch Drehimpuls. Das beeinflusst wiederum, wie sich weiteres Material innerhalb der Scheibe bewegt.
Die Beobachtungen sprechen dafür, dass solche magnetisch geprägten Prozesse vor allem in frühen Entwicklungsphasen eine wichtige Rolle spielen. Vollständig eindeutig lässt sich die Ursache jedes einzelnen Windes mit den bisherigen Daten allerdings nicht bestimmen.
Später verändert sich der Gasverlust
Mit fortschreitender Entwicklung sieht das Bild anders aus. Schnelle Jets werden seltener. Auch die auffälligen molekularen Winde treten weniger häufig auf. Übrig bleiben vor allem langsamere, atomare Gasströme.
Das passt zu Modellen, nach denen im späteren Verlauf die Strahlung des jungen Sterns stärker zum Gasverlust beiträgt. Ultraviolette und Röntgenstrahlung können das Gas in der Scheibe erhitzen. Wird es heiß genug, kann es der Anziehungskraft des Sterns entkommen und ins All strömen.Dieser Vorgang wird Photoevaporation genannt.
Die Studie zeigt damit keinen einfachen Wechsel von einem einzigen Mechanismus zu einem anderen. Vielmehr deutet sie darauf hin, dass sich das Zusammenspiel verschiedener Prozesse verändert: Früh dominieren starke Jets und molekulare Winde, später treten atomare Winde stärker in den Vordergrund.
Dass protoplanetare Scheiben nicht überall gleich lange bestehen, hatte James Webb bereits in anderen Sternregionen gezeigt. So fanden Forschende überraschend langlebige Scheiben in einer metallarmen Umgebung: James-Webb-Teleskop stellt alte Modelle zur Planetenbildung infrage.
Für Gasriesen läuft die Zeit davon
Für entstehende Gasriesen ist dieser Gasverlust besonders wichtig. Planeten wie Jupiter und Saturn müssen große Mengen Wasserstoff und Helium aufnehmen, solange ihre Umgebung dieses Material noch liefert.
Verschwindet das Gas zu früh, bleibt weniger Zeit, um eine massereiche Atmosphäre aufzubauen. Genau deshalb sprechen die Forschenden von einem Wettlauf gegen die Zeit.
Wie Gasriesen wachsen und wo die Grenze zwischen sehr großen Planeten und anderen Himmelskörpern liegt, beschäftigt die Astronomie auch aus einem anderen Blickwinkel: Wie groß darf ein Planet eigentlich werden?
Quellen
- Bajaj et al., The Astronomical Journal:
„JWST/MIRI Reveals the Evolution from Molecular to Atomic Disk Winds“, veröffentlicht am 25. August 2026.
Studie über DOI aufrufen - Bajaj et al., arXiv:
Preprint mit Abstract, Stichprobe, Nachweisraten und Angaben zur Abhängigkeit der Jets und Winde von der Akkretionsrate.
Preprint auf arXiv aufrufen - University of Arizona:
Hintergrund zur Untersuchung, zur Interpretation des Übergangs zwischen MHD-Winden und Photoevaporation sowie zu den geplanten nächsten Untersuchungen.
Universitätsmeldung aufrufen - SETI Institute / EurekAlert:
Presseinformation zur Studie mit Angaben zu den 72 untersuchten Systemen und zur Rolle von Uma Gorti.
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