Junge Sternsysteme sind oft Schauplatz heftiger Kollisionen. Weltraumfelsen, Kometen, Asteroiden und größere Objekte kollidieren miteinander, verschmelzen gelegentlich und verwandeln den alten Staub und das Eis der planetarischen Nebel allmählich in Planeten und Monde. Aber die größten Kollisionen sind wahrscheinlich selten: In den Hunderten von Millionen Jahren, die ein Planetensystem braucht, um zu entstehen, vielleicht eine alle 100.000 Jahre.

Dies bedeutet entweder, dass es sich um sehr glückliche Beobachtungen handelt, oder es ist ein Zeichen dafür, dass große Kollisionen während der Planetenbildung häufiger als erwartet auftreten. Die Ereignisse - die erste Beobachtung im Jahr 2004 und die zweite im Jahr 2023 - sind die ersten Kollisionen, die direkt in einem Planetensystem außerhalb des Sonnensystems aufgezeichnet wurden.

"Wir haben die Kollision zweier Galaxien in der Umlaufbahn beobachtet, und wir haben auch Staubwolken gesehen, die während der heftigen Ereignisse ausgestoßen wurden und das Licht des Wirtssterns zu reflektieren begannen", sagt Paul Kalas, Assistenzprofessor für Astronomie an der Universität von Kalifornien und Erstautor der Studie, in der die Ergebnisse vorgestellt werden. "Wir können die kollidierenden Objekte nicht direkt sehen, aber wir konnten die Auswirkungen dieser massiven Kollisionen feststellen." Über Zehntausende von Jahren, so der Experte, werden diese Kollisionen im Staub um Fomalhaut wie Weihnachtslichter erscheinen.

Ein nie gesehener Planet

Kalas begann 1993 mit der Erforschung der Staubscheibe um Fomalhaut, in der Hoffnung, als erster die Trümmer zu sehen, die nach der Entstehung des Planeten zurückblieben. Der Stern, der nur 25 Lichtjahre von der Erde entfernt ist, ist jung - etwa 440 Millionen Jahre alt - und spiegelt wider, wie das Sonnensystem in seinen Anfangsjahren aussah. Dank des Hubble-Weltraumteleskops der NASA konnte diese Scheibe um den Stern schließlich entdeckt werden. 2008 meldete die NASA die Entdeckung eines hellen Flecks in der Nähe der Scheibe, bei dem es sich möglicherweise um einen Planeten handeln könnte - der erste, der direkt im sichtbaren Bereich abgebildet wurde. In Übereinstimmung mit der Konvention zur Benennung von Exoplaneten wurde das Objekt Fomalhaut b genannt.

"Es ist ein neues Phänomen, dass eine punktförmige Quelle in einem Planetensystem auftaucht und dann innerhalb von 10 Jahren oder weniger wieder verschwindet", sagt der Experte. "Es tarnt sich als Planet, weil Planeten auch als winzige Punkte erscheinen, die um nahe Sterne kreisen."

Nach der Helligkeit des Ereignisses von 2004 und des seitdem entdeckten Ereignisses von 2023 zu urteilen, müssen die kollidierenden Objekte einen Durchmesser von mindestens 60 Kilometern gehabt haben, also mindestens viermal so groß wie das Objekt, das vor 66 Millionen Jahren mit der Erde kollidierte und die Dinosaurier auslöschte. Solche Objekte werden planetarische Galaxien oder Planetoiden genannt: Sie sind ähnlich groß wie Asteroiden und Kometen im Sonnensystem, aber viel kleiner als ein Zwergplanet wie Pluto. (Die Beobachtungen des Forschers und seiner Kollegen aus dem Jahr 2023 werden in einem neuen Artikel diskutiert, der kürzlich in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde).

"Fomalhaut ist viel jünger als das Sonnensystem, aber als das Sonnensystem 440 Millionen Jahre alt war, war es voll von kollidierenden Planetenkeimen", sagt Kalas. "Was wir jetzt sehen, ist eine Periode, in der diese kleinen Welten heftige Kollisionen erleben und voller Krater werden oder sogar zerstört werden und zu anderen Objekten verschmelzen. In gewissem Sinne ist es so, als ob wir in eine ähnlich turbulente Periode im Sonnensystem zurückgehen, als unser Stern weniger als eine Milliarde Jahre alt war."

"Das Fomalhaut-System ist ein natürliches Labor, in dem wir untersuchen können, wie sich Planetenkeime bei Kollisionen verhalten, was uns auch Aufschluss darüber gibt, woraus sie bestehen und wie sie entstanden sind", so Kalas' Kollege Mark Wyatt, theoretischer Physiker und Astronom an der Universität Cambridge. "Das Spannende an dieser Beobachtung ist, dass sie uns erlaubt, die Größe der kollidierenden Körper abzuschätzen und auch, wie viele dieser Himmelskörper sich in der Scheibe befinden, was sonst eine fast unmögliche Aufgabe wäre.

Staubgürtel und Kollisionen

Die Forscher schätzen, dass es in der Umgebung von Fomalhaut etwa 300 Millionen Objekte gibt, die genauso groß sind wie diejenigen, die während der beobachteten Ereignisse kollidierten und diese hellen Staubwolken erzeugten. Frühere Beobachtungen des Sterns haben das Vorhandensein von Kohlenmonoxidgas nachgewiesen, was darauf hindeutet, dass diese Planetenkeime reich an flüchtigen Stoffen sind und daher in ihrer Zusammensetzung den eisigen Gesteinen des Sonnensystems sehr ähnlich sind, sagt Wyatt.

Fomalhaut, im südlichen Sternbild Piscis Austrinus (Südlicher Fisch) gelegen, ist 16-mal heller als die Sonne und einer der hellsten Sterne am Himmel. Nachdem Kalas 2004 begann, ihn mit Hubble zu beobachten, entdeckte er einen großen staubigen Gürtel in einer Entfernung von 133 Astronomischen Einheiten vom Stern, mehr als dreimal so weit entfernt wie der Kuiper-Gürtel.

Für Kalas deutete die scharfe innere Begrenzung des Gürtels darauf hin, dass er von Planeten gebildet wurde. Nach einer zweiten Beobachtung im Jahr 2006 kam der Forscher zu dem Schluss, dass es sich bei dem hellen Punkt an der Außenseite des Gürtels, der sowohl auf den Bildern von 2004 als auch von 2006 zu sehen ist, tatsächlich um einen Planeten handelt. Schon damals wurde erkannt, dass es sich um eine sehr helle Staubwolke handeln könnte, die durch eine Kollision in der Scheibe verursacht wurde, aber die Wahrscheinlichkeit dafür war im ersten Zeitraum sehr gering.

Kalas konnte vier weitere Hubble-Beobachtungen zur Untersuchung von Fomalhaut ansetzen, und zwar in den Jahren 2010, 2012, 2013 und 2014. Doch bei der letzten Beobachtung war Fomalhaut b nirgends zu sehen. Neun Jahre später, nach drei erfolglosen Versuchen, erhielt er ein neues Bild, das jedoch einen anderen hellen Fleck unweit des ersten zeigte. Letzterer wurde in Fomalhaut cs1, die Quelle um Stern 1, umbenannt, nachdem sein Planetenstatus in Frage gestellt worden war. Aufgrund seiner Position schien der neue Punkt (Fomalhaut cs2) nicht mit Fomalhaut cs1 identisch zu sein. Aufgrund der Beobachtungspause zwischen 2014 und 2023 ist nicht klar, wann Fomalhaut cs2 erschienen ist.

Kalas stellte auch fest, dass sich Fomalhaut cs1 zunächst wie ein Exoplanet bewegte, doch 2013 wich seine Umlaufbahn von der ursprünglichen ab und begann, sich vom Stern zu entfernen. Diese Art der Bewegung ist für sehr kleine Teilchen möglich, die durch den Photonendruck des Sternenlichts nach außen gedrückt werden. Das Auftauchen von cs2 unterstützt auch die Idee, dass cs1 eigentlich eine Staubwolke war. Kalas vergleicht diese Ereignisse mit der Staubwolke, die sich 2022 bildete, als die NASA-Raumsonde DART (Double Asteroid Redirection Test) den Mond Dimorphos traf, der den Asteroiden Didemos umkreist. Das Team schätzt, dass die Wolken um Fomalhaut etwa eine Milliarde Mal größer gewesen sein könnten als die von DART erzeugte Staubwolke.

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Kalas hat für die nächsten Jahre Beobachtungszeit erhalten, um mit der Nahinfrarotkamera (NIRCam) des James-Webb-Weltraumteleskops und mit Hubble Fomalhaut weiter zu beobachten, die Entwicklung der Staubwolke zu verfolgen, zu sehen, ob sie größer wird, und ihre Umlaufbahn zu bestimmen. Das Phänomen ist bereits 30% heller als Fomalhaut cs1 war. Beobachtungen im August 2025 bestätigten, dass cs2 immer noch sichtbar ist.

"Solche Staubwolken erzeugenden Kollisionen kommen in allen Planetensystemen vor", sagt er. "Wenn man anfängt, Sterne mit empfindlichen zukünftigen Teleskopen zu betrachten, wie dem Habitable Worlds Observatory, das darauf abzielt, Exoplaneten wie die Erde direkt abzubilden, muss man vorsichtig sein, weil die schwachen Lichtpunkte, die den Stern umgeben, nicht unbedingt Planeten sind."