Wie beeinflussen die Elementhäufigkeiten der Sterne die Enstehung von Planeten?

• Antragsteller: Dr. Bertram Bitsch
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446162563

Protoplanetare Scheiben, in denen Planeten entstehen, bestehen hauptsächlich aus Gas und zu einem kleinen Teil aus Staub. Diese Staubkörner können zu Pebbles (mm-cm groß) durch Koagulation und Eiskondensation wachsen. Die Pebbles können anschließend Planetesimale formen, die durch die Akkretion von weiteren Planetesimalen oder Pebbles planetare Embryos formen können. Sind die planetaren Embryos groß genug (mehrere Erdmassen), können sie eine Gasatmosphäre akkretieren und zu Gasriesen werden. Während dieses Wachstumsprozesses migrieren die Planeten. Dieser ganze Prozess wird normalerweise in Planeten Populationssynthesen modelliert. Es gibt dabei jedoch viele offene Fragen.Eine der großen Fragen in der Planetenentstehung ist: Wo entstehen die ersten Planetesimale? Simulationen deuten darauf hin, dass die Wassereislinie dieser erste Entstehungsort sein könnte, auch auf Grund der Wassereiskondensation, wo normalerweise ein 50:50 Verhältnis zwischen Wasser und Gestein angenommen wird.Zusätzlich hängt die Entstehung von Planeten sehr von der Gesamtmenge an Staub ab. Ein größeres Staub-zu-Gas Verhältnis, kurz Metallizität, vereinfacht das Wachstum und erlaubt eine effizientere Entstehung von Planetesimalen und Planeten. Die Metallizität wird durch die Stellaren Elementhäufigkeiten, hauptsächlich durch die von Eisen, [Fe/H], bestimmt.In den vorherigen Planetenentstehungsmodellen wurde eine Änderung von [Fe/H] mit einer Änderung aller Elemente um den gleichen Faktor gleichgesetzt. Jedoch zeigen Studien über die galaktische chemische Entwicklung, dass unterschiedliche Elemente (z.B. C, O, Mg, Si, Fe) unterschiedlich angereichert sind. Als Konsequenz davon skalieren unterschiedliche Elementverhältnisse, z.B. Mg/Fe, Si/Fe, C/O unterschiedlich mit einer Änderung von [Fe/H].Wir wissen von chemischen Modellen, dass Sauerstoff sich eher mit Kohlenstoff verbindet als mit Wasserstoff. Daraus folgt, dass Kohlenstoff eine große Menge an Sauerstoff in CO und CO2 bindet, während der restliche Sauerstoff Wasser bilden kann. Sollte das C/O Verhältnis groß sein, würde weniger Sauerstoff vorhanden sein um Wasser zu bilden. Sollte wenig Wasser vorhanden sein, dann würde die Wassereiskondensation zum Wachstum von Pebbles und Planetesimalen nicht mehr so effizient funktionieren. Das Ziel dieses Antrags ist es, die folgenden Fragen mit Hilfe von Modellen, die das Wachstum von Planetesimalen und die darauf folgende Entstehung von Planeten durch die Akkretion von Planetesimalen und Pebbles sowie durch die Berücksichtigung der Planetenwaderung in ein- und N-Körper Simulationen, zu beantworten:1) Was ist der Einfluss von unterschiedlichen flüchtigen Bestandteilen (H2O, CO, CO2) zur Entstehung von Pebbles und Planetesimalen?2) Wie beeinflussen die Elementhäufigkeiten die chemische Zusammensetzung von Planeten?3) Sind die beobachtbaren Eigenschaften von entstandenen Planeten unterschiedlich, wenn diese um Sterne mit unterschiedlichen Elementhäufigkeiten entstehen?

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1992: Exploration der Diversität extrasolarer Planeten
• Internationaler Bezug: Israel
• Mitverantwortlich(e): Dr. Joanna Drazkowska
• Kooperationspartnerin: Dr. Allona Vazan