Astronomen identifizieren vier mögliche Heimatsterne des interstellaren Objekts ‘Oumuamua

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Künstlerische Darstellung des interstellaren Objekts Oumuamua (Illu.).
Copyright: ESO/M. Kornmesser

Heidelberg (Deutschland) – Astronomen haben die Bahn des interstellaren Objekts ‚Oumuamua analysiert, das Ende 2017 entdeckt und schnell als „Besucher eines anderen Sternensystems“ identifiziert wurde (…GreWi berichtete). Mit Hilfe der neuen Daten haben die Wissenschaftler somit vier plausible Kandidaten ausfindig gemacht, von wo aus ‘Oumuamua vor mehr als einer Million Jahre seine Reise in unser Sonnensystem angetreten haben könnte.

Wie das Team um Coryn Bailer-Jones vom Max-Planck-Institut für Astronomie in einer kommenden Ausgabe des „Astrophysical Journal“ berichten werden (einen Vorabdruck des Artikels finden Sie HIER), nutzten sie die Daten des ESA-Satelliten „Gaia“, um den Weg von ‚Oumuamua über mehrere Millionen Jahre nachzuzeichnen und so mögliche Kandidaten für seinen Heimatstern ausfindig machen zu können.

Hintergrund
Mit der Entdeckung des interstellaren Objekts mit der Bezeichnung “Oumuamua” im Oktober 2017 konnten Astronomen zum ersten Mal ein Objekt beobachten und identifizieren, das unser Sonnensystem durchflog, jedoch ursprünglich aus einem anderen System stammte (…GreWi berichtete, siehe Links u.).

Dieses Diagramm zeigt die Umlaufbahn des interstellaren Objekts `Oumuamua beim Durchlaufen des Sonnensystems (Illu.).
Copyright: ESA

Leider wurde der interstellare Besucher jedoch erst entdeckt, als das Objekt wieder dabei warm, unser Sonnensystem wieder zu verlassen. Anhand von astronomischen Beobachtungen mit bodengestützten und Weltraumteleskopen konnte jedoch die Bahn von Oumuamua eingehend untersucht werden.

Während sich schon frühere Studien an ähnlichen Rekonstruktionen der Herkunft von Oumuamua versucht hatten, konnten diese bislang allerdings keine plausiblen Kandidaten für den Heimatstern des Besuchers ausfindig machen. Der Grund hierfür war, dass diesen früheren Studien insbesondere eine entscheidende Information fehlte: „Im Juni 2018 hatte eine Gruppe unter der Leitung des ESA-Astronomen Marco Micheli gezeigt, dass die Umlaufbahn von Oumuamua im Sonnensystem nicht die eines Objekts im freien Fall ist, d.h. eines Objekts, das sich ausschließlich unter dem Einfluss der Schwerkraft bewegt“, erläutert die Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) und führt weiter aus: „Stattdessen trat eine zusätzliche Beschleunigung auf, während sich das Objekt in der Nähe der Sonne befand. Oumuamua dürfte in entscheidender Hinsicht einem Kometen ähneln: das Objekt besteht zum Teil aus Eis, das bei ausreichender Erwärmung durch Sonnenlicht Gas produziert. Das ausströmende Gas wiederum erteilt Oumuamua eine kleine Beschleunigung, ähnlich wie ein (sehr schwacher) Raketenantrieb.“ (…GreWi berichtete)

Erst wenn man diesen Effekt angemessen berücksichtigt, kann man die Bahn des Objekts zuverlässig zurückverfolgen, erläutern die MPIA-Astronomen. „Als ersten Schritt kann man dann rekonstruieren, aus welcher Richtung und mit welcher Geschwindigkeit das Objekt überhaupt in unser Sonnensystem eingetreten ist.“

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Um die Bahn von Oumuamua zurückzuverfolgen waren und sincn aber noch weitere Informationen nötig: „Was ist mit den Sternen, denen es auf dem Weg begegnet ist, und ihrer kombinierten Schwerkraft, die die Flugbahn des Objekts beeinflusst haben wird?“Für diesen Teil ihrer Rekonstruktion nutzte Bailer-Jones die Daten, die die ESA-Mission Gaia im April dieses Jahres veröffentlicht hatte (…GreWi berichtete) und deren Aufarbeitung Bailer-Jones leitet.

Der sog. Datensatz „Gaia Data Release 2 (DR2)“ enthält nun präzise Informationen über Positionen, Bewegungen am Himmel und Parallaxe (als Maß für die Entfernung) für 1,3 Milliarden Sterne. Für sieben Millionen der Sterne stellt „DR2“ zusätzlich Informationen über die Radialgeschwindigkeit des Sterns zur Verfügung, also über denjenigen Anteil seiner Bewegung, die den Stern direkt auf uns zu beziehungsweise von uns weg führt. Mit Hilfe der astronomischen Datenbank Simbad nahmen die Astronomen noch weitere 220.000 Sterne in ihre Studie auf, deren Radialgeschwindigkeit in jener Datenbank enthalten ist.

In einem nächsten Schritt betrachteten die Astronomen ein vereinfachtes Szenario, das davon ausgeht, dass sich sowohl Oumuamua als auch alle Sterne in den letzten Millionen Jahren entlang gerader Linien und mit konstanter Geschwindigkeit bewegt haben; und wählten aus diesem Szenario rund 4500 Sterne aus, die vielversprechende Kandidaten für eine engere Begegnung mit Oumuamua waren. Für diese Sterne wurde dann eine genauere Rechnung durchgeführt und zurückverfolgt, wie sich Oumuamua und die betreffenden Sterne im Gravitationspotenzial unserer Milchstraßengalaxie („geglättetes Potenzial“) bewegt haben.

Der von Gaia aufgenommene Himmel in Farbe Copyright: ESA/Gaia/DPAC

Verschiedene frühere Studien hatten bereits gezeigt, dass ‚Oumuamua vermutlich während der Phase der Planetenentstehung aus dem System seines Heimatsterns ausgestoßen wurde. Zu jener Zeit gab es zahlreiche den Stern umkreisende kleine Objekte (“Planetesimale”), von denen eines durch die Schwerkraft eines der Riesenplanten des Systems herausgeschleudert worden sein dürfte, um anschließend alleine durch das Weltall zu treiben.

Somit sollte sich der Heimatstern des Objekts anhand von zwei Eigenschaften identifizieren lassen, berichtet das MPIA: „Zum einen sollte uns die Rückverfolgung der Umlaufbahn von Oumuamua direkt zurück zum Heimatstern führen, oder zumindest sehr nahe an ihm vorbei. Darüber hinaus sollte die Relativgeschwindigkeit von Oumuamua und seinem Heimatstern zu diesem Zeitpunkt vergleichsweise gering sein; Objekte werden typischerweise nicht mit hoher Geschwindigkeit aus einem Planetensystem herauskatapultiert.“

Bailer-Jones und seine Kollegen fanden nun vier Sterne, die diese Kriterien näherungsweise erfüllen: Bei allen vieren handelt es sich um Zwergsterne:

„Derjenige, der Oumuamua vor etwas mehr als einer Million Jahren am nächsten kam, ist der rötliche Zwergstern HIP 3757. Oumuamuas Bahn verläuft innerhalb von knapp 2 Lichtjahren an diesem Stern vorbei – angesichts der Unsicherheiten der Bahnbestimmung durchaus damit vereinbar, dass Oumuamua aus dem betreffenden Planetensystem stammt (falls jener Stern denn eines besitzt). Die vergleichsweise große Relativgeschwindigkeit (rund 25 km/s) macht es jedoch unwahrscheinlich, dass dies die Heimat von Oumuamua ist.

An dem nächsten Kandidaten, HD 292249, einem der Sonne ähnlichen Stern, wäre Oumuamua vor 3,8 Millionen Jahren etwas weniger dicht vorbeigeflogen, allerdings mit geringerer Relativgeschwindigkeit (10 km/s). Die beiden weiteren Kandidaten liegen dort, wo sich Oumuamua der Bahnrekonstruktion nach vor 1,1 bzw. 6,3 Millionen Jahren befunden hätte – mit ähnlichen Relativgeschwindigkeiten und Minimal-Distanzen. Diese letzten beiden Sterne finden sich zwar in einigen Durchmusterungen, aber es ist bislang wenig über sie bekannt.“

Obwohl die Suche vorerst auf vier Kandidaten eingegrenzt werden kann, bleibt die Frage danach, wo Oumuamua nun tatsächlich herkommt, weiterhin offen. „Um Oumuamua mit der beobachteten Geschwindigkeit auszustoßen, müsste das betreffende Planetensystem einen Riesenplaneten enthalten, der Oumuamua in die Tiefen des Weltraums schleudern konnte“, erläutern die Autoren der Studie. Allerdings seien die ausgemachten Sterne noch nicht hinreichend erforscht, als das man wisse, welche Planeten sie umkreisen. Das allerdings könnte sich in Zukunft durchaus ändern.

Zudem schränken die Autoren derzeit selbst noch ein, dass ihre Studie auch durch die Anzahl von Sternen mit Radialgeschwindigkeiten in der Gaia-Datenveröffentlichung 2 noch begrenzt ist. Gaias dritte Datenveröffentlichung (DR3), die für 2021 geplant ist, soll Radialgeschwindigkeiten für zehn Mal mehr Sterne enthalten. Das könnte dann zur Identifizierung weiterer Kandidaten führen. „Die Suche nach Oumuamuas Zuhause wird daher noch weitergehen.“

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