Gigantische Kollisionen im All: James-Webb-Teleskop zeigt Entstehung von Planeten

October 2, 2026
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Das Weltraumteleskop James Webb hat in der Weite des Alls konkrete Spuren massiver zerstörerischer Kollisionen in jungen Sternensystemen dokumentiert. Eine Gruppe von Astronom:innen untersuchte dafür eine sehr spezielle Klasse von Systemen, die in der astronomischen Fachsprache als „extreme Trümmerscheiben“ bezeichnet werden.

Diese astrophysikalischen Strukturen zeichnen sich durch ungewöhnlich große Mengen an warmem Staub in den inneren Zonen aus, die exakt jenen Entfernungen entsprechen, in denen in unserem Sonnensystem die terrestrischen Planeten kreisen. Aktuellen Schätzungen der Wissenschaft zufolge weisen lediglich etwa ein Prozent der beobachteten jungen Sterne solche messbaren Signaturen auf, die auf eine extrem dynamische Frühphase hindeuten.

James-Webb-Teleskop liefert neue Datenbasis

Das Forschungsteam um die Astronomin Kate Su vom Space Science Institute im US-Bundesstaat Colorado analysierte für die Studie insgesamt 21 dieser extremen Trümmerscheiben im Detail. Die finalen Ergebnisse der aufwendigen Untersuchung wurden nun im Fachmagazin The Astrophysical Journal veröffentlicht.

Von den analysierten Systemen stammen 16 Beobachtungen direkt vom James-Webb-Weltraumteleskop, während fünf Datensätze aus den Archiven des bereits stillgelegten Spitzer-Weltraumteleskops bezogen wurden. Durch diese breite Datengrundlage ließ sich die Unterklasse der extremen Trümmerscheiben erstmals belastbar definieren und von bekannten Systemen wie Wega oder Fomalhaut abgrenzen.

Bei Wega und Fomalhaut handelt es sich um Sterne mit klassischen, wesentlich kälteren Trümmerscheiben, deren Material sich in großer Entfernung zum Zentrum befindet und in seiner Struktur eher dem äußeren Kuipergürtel unseres Sonnensystems gleicht. Im direkten Gegensatz zu den nun untersuchten extremen Scheiben fehlt dort der warme Staub in den inneren Umlaufbahnen, der primär auf frische planetare Kollisionen hindeutet.

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Mineralogische Zusammensetzung der Staubkörner

Die beteiligten Astronom:innen bestätigten anhand der gesammelten Daten drei wesentliche Eigenschaften, die all diese extremen Systeme zweifelsfrei miteinander teilen. Sie verfügen über deutlich kleinere Staubkörner als klassische Scheiben, weisen eine extrem hohe Konzentration an warmem Staub auf und unterliegen zudem völlig unregelmäßigen Helligkeitsschwankungen.

Mithilfe der Spektroskopie im mittleren Infrarotbereich konnten die untersuchten Systeme daraufhin in zwei konkrete mineralogische Kategorien eingeteilt werden. Die Forscher:innen differenzierten die Zusammensetzung der Staubtrümmer strikt in siliziumdioxidreiche und in siliziumdioxidarme Scheiben.

Theia-Kollision als historisches Äquivalent

Rund ein Drittel der untersuchten Staubproben wies einen vergleichsweise hohen Siliziumdioxid-Gehalt auf, was direkte Rückschlüsse auf die physikalischen Kräfte zulässt. Dies deutet laut der Studie auf sehr energiereiche Kollisionen zwischen Körpern in der Größe des Planeten Mars hin, bei denen ein erheblicher Teil des massiven Gesteinsmaterials schlicht verdampft sein würde.

Die verbleibenden zwei Drittel der analysierten Trümmerscheiben sind hingegen siliziumdioxidarm und bestehen aus anderen mineralischen Zusammensetzungen. Das weist auf deutlich weniger intensive Zusammenstöße hin, etwa auf streifende Kollisionen von Objekten, deren physische Ausmaße eher mit dem irdischen Mond vergleichbar sind.

Zeitlicher Ablauf der Planetenentstehung

Ein absolut wesentlicher Befund der Untersuchung betrifft die zeitliche Einordnung der kosmischen Ereignisse in die Lebenszyklen der Sterne. Siliziumdioxidreiche Scheiben wurden von den Teleskopen ausschließlich um solche Sterne gefunden, deren Alter auf jünger als 300 Millionen Jahre geschätzt wird.

Diese spezifische Zeitspanne stimmt exakt mit den gängigen astrophysikalischen Modellen zur Entstehung von terrestrischen Planeten überein. Auch das heutige System aus Erde und Mond soll sich bekanntlich etwa 100 Millionen Jahre nach der Entstehung der Sonne durch den Einschlag eines marsgroßen Objekts gebildet haben. Darauf weist die Nasa erneut hin.

Infrarotemissionen offenbaren planetare Embryonen

„Das ist das erste Mal, dass wir genug Systeme gesammelt haben, um diese Unterklasse wirklich zu verstehen“, erklärt die Hauptautorin Kate Su in einer Mitteilung der Esa zu den Ergebnissen. Vor den aktuellen Infrarot-Beobachtungen habe es in der Wissenschaft nur sehr begrenzte und rudimentäre Informationen über diese rauen Umgebungen gegeben.

Die an der Studie beteiligte Astronomin Agnes Kospal vom Konkoly-Observatorium im ungarischen Budapest betont vor allem den methodischen Fortschritt durch die neuen Instrumente. Es gebe derzeit schlicht keine andere Möglichkeit, planetare Embryonen direkt zu studieren, als ihre Infrarotemissionen und Spektralmerkmale auszuwerten, da die Himmelskörper selbst viel zu klein für direkte Beobachtungen seien.

Gasriesen lösen orbitale Instabilitäten aus

Siliziumdioxidarme Scheiben treten der Studie zufolge über eine wesentlich größere Altersspanne der Systeme auf und zeigen oftmals weitaus stärkere Helligkeitsschwankungen. Die Wissenschaftler:innen vermuten, dass diese anhaltende Variabilität primär durch die schnelle orbitale Entwicklung frischer Trümmer getrieben wird, die durch wiederholte, kleinere Einschläge entstehen.

Falls die älteren siliziumdioxidarmen Scheiben derartige orbitale Instabilitäten widerspiegeln, wäre dies physikalisch konsistent mit der Hypothese des sogenannten späten schweren Bombardements in unserem eigenen Sonnensystem. In diesem Szenario sollen wandernde Gasriesen die Umlaufbahnen kleinerer Körper durch ihre Gravitation massiv gestört und so katastrophale Kollisionen in Serie ausgelöst haben.

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Schon die Beobachtung des Exoplaneten Beta Pictoris d hat gezeigt, wie präzise das James-Webb-Teleskop gravitative Störungen im All erfassen kann. Die neuen Spektraldaten machen nun zusätzlich sichtbar, welche physischen Folgen solche Verschiebungen haben, nämlich massive planetare Kollisionen und riesige Trümmerfelder.

Konkoly-Observatorium plant weitere Beobachtungen

Für eine abschließende und zweifelsfreie Bestätigung der aufgestellten Forschungshypothesen werden in Zukunft noch deutlich mehr Beobachtungsdaten aus dem All benötigt. Vor allem die untersuchte Stichprobe älterer Sternensysteme, die für die Langzeitbetrachtung essenziell ist, fällt nach Angaben des Forschungsteams bislang statistisch zu gering aus.

Der Astronom Attila Moor, der ebenfalls als Forscher am ungarischen Konkoly-Observatorium tätig ist, verweist deshalb explizit auf noch immer offene Detailfragen in der Analyse. Die Teams gehen aber fest davon aus, in künftigen Beobachtungen keine siliziumdioxidreichen Systeme bei älteren Sternen mehr zu finden, was die Theorie zur zeitlichen Begrenzung der großen Einschläge empirisch stützen würde.

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