Interstellarer Besucher: Neue Theorie erklärt ungewöhnliche Form des Objekts ‘Oumuamua

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Künstlerische Darstellung der Entstehung von 'Oumuamua-artigen Objekten (Illu.). Copyright: YU Jingchuan vom Beijing Planetarium

Künstlerische Darstellung der Entstehung von ‘Oumuamua-artigen Objekten (Illu.).
Copyright: YU Jingchuan vom Beijing Planetarium

Santa Cruz (USA) – Seit seiner Entdeckung im Jahr 2017 rätseln Wissenschaftler über die Herkunft und Natur des ersten als solches erkannten, interstellaren Objekts, das unser Sonnensystem von außerhalb besucht hat. Besonders dessen vermutlich zigarrenförmig-langgestreckter Körper machte ‘Oumuamua zu einem Rätsel. Eine neue Studie präsentiert nun eine Theorie, die umfassende Antwort auf viele Fragen rund um den interstellaren Besucher liefern kann.

Wie Yun Zhang von den National Astronomical Observatories der Chinesischen Akademie und Douglas NC Lin von der University of California in Santa Cruz aktuell im Fachjournal „Nature Astronomy“ (DOI: 10.1038/s41550-020-1065-8) berichten, verwendeten sie Computersimulationen, um zu zeigen, wie Objekte wie ‘Oumuamua unter dem Einfluss von Gezeitenkräften entstehen können. Tatsächlich sei die neue Entstehungstheorie in der Lage, alle ungewöhnlichen Eigenschaften von ‘Oumuamua zu erklären, so die Forscher.

“Wir haben gezeigt, dass ‘Oumuamua-ähnliche, interstellare Objekte durch ausgedehnte Gezeitenfragmentierung bei dichten Begegnungen ihrer ursprünglichen Mutterkörper mit ihrem Wirtsstern entstehen und dann in den interstellaren Raum ausgestoßen werden können”, erläutert Lin.

Hintergrund
Das Objekt ‘Oumuamua wurde am 19. Oktober 2017 mit dem „Pan-STARRS1“-Teleskop auf Hawaii entdeckt und ist laut Zhang mit nichts in unserem Sonnensystem zu vergleichen: Die trockene Oberfläche, die ungewöhnlich langgestreckte Form und die rätselhafte Bewegung ließen einige Wissenschaftler sogar fragen, ob es sich um eine außerirdische Sonde handeln könnte (…GreWi berichtete). Tatsächlich sei ‘Oumuamua „wirklich ein mysteriöses Objekt“, so Zhang. „Aber einige Merkmale, wie etwa seine Farben und das Fehlen von Funkemissionen, deuten eher darauf hin, dass ‘Oumuamua ein natürliches Objekt ist. Unser Ziel war es, ein umfassendes Szenario zu entwickeln, das auf gut verstandenen physikalischen Prinzipien basiert und alle vorhandenen Daten zusammenführt”, sagte Lin.

Vor ‘Oumuamua hatten Astronomen erwartet, dass das erste interstellare Objekt, das entdeckt werden würde, ein eisiger Körper ähnlich einem Kometen sein würde. Solche eisigen Objekte wie jene, die die Oortsche Wolke bevölkern (ein Reservoir von Kometen in den äußersten Bereichen unseres Sonnensystems) entwickeln sich in sehr großen Entfernungen von ihren Wirtssternen, sind reich an flüchtigen Bestandteilen und werden häufig durch Gravitationswechselwirkungen aus ihren Wirtssystemen geworfen. Sie sind auch aufgrund der Sublimation flüchtiger Verbindungen auch gut sichtbar, da diese Verbindungen beim Erwärmen durch die Sonne das Koma (oder den “Schweif”) eines Kometen erzeugen. ‘Oumuamuas ‚trockenes‘ Erscheinungsbild ähnelt jedoch felsigen Körpern wie den Asteroiden des Sonnensystems, was auf ein anderes Auswurfszenario hinweist.

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Andere Forscher hatten zuvor berechnet, dass es eine extrem große Population interstellarer Objekte wie ‘Oumuamua’ geben muss. “Die Entdeckung von ‘Oumuamua impliziert, dass die Population felsiger interstellarer Objekte viel größer ist als wir bisher dachten”, erläutert Zhang. “Im Durchschnitt sollte jedes Planetensystem insgesamt etwa hundert Billionen Objekte wie ‘Oumuamua’ auswerfen. Wir mussten also ein sehr häufig sich ereignendes Szenario erstellen, um diese Art von Objekt zu produzieren.”

Diese Abbildung zeigt den Prozess der Gezeitenstörung, der zu 'Oumuamua -ähnlichen Objekten führen kann (Illu.). Copyright: NAOC / Y. Zhang

Diese Abbildung zeigt den Prozess der Gezeitenstörung, der zu ‘Oumuamua -ähnlichen Objekten führen kann (Illu.).
Copyright: NAOC / Y. Zhang

Wenn ein kleinerer Körper einem viel größeren sehr nahe kommt, können die Gezeitenkräfte des größeren Körpers den kleineren auseinanderreißen, wie es beispielsweise dem Kometen Shoemaker-Levy 9 passiert ist, als er sich im Juli 1994 Jupiter näherte. Solche Gezeitenstörungsprozesse können einige derartiger Trümmer in den interstellaren Raum werfen, was bereits als möglicher Ursprung für ‘Oumuamua vorgeschlagen wurde. Ob ein solcher Prozess die rätselhaften Eigenschaften von ‘Oumuamua erklären könnte, blieb bislang jedoch höchst ungewiss.

Zhang und Lin führten hochauflösende Computersimulationen durch, um die strukturelle Dynamik eines Objekts zu modellieren, das einem Stern zu nahe kommt. Dabei fanden sie heraus, dass das Objekt, wenn es dem Stern nahe genug kommt, es in extrem langgestreckte Fragmente zerreißen kann, die dann in den interstellaren Raum ausgestoßen werden.

Ein 'Oumuamua-ähnliches Objekt, das durch eine Simulation des von Zhang und Lin vorgeschlagenen Szenarios der Gezeitenstörung erzeugt wurde (Illu). Copyright: : NAOC / Y. Zhang; (Hintergrund: ESO / M. Kornmesser)

Ein ‘Oumuamua-ähnliches Objekt, das durch eine Simulation des von Zhang und Lin vorgeschlagenen Szenarios der Gezeitenstörung erzeugt wurde (Illu).
Copyright: : NAOC / Y. Zhang; (Hintergrund: ESO / M. Kornmesser)

“Die längliche Form ist überzeugender, wenn man die Variation der Materialstärke während der Sternbegegnung in Betracht zieht. Das Verhältnis von langer Achse zu kurzer Achse kann dann sogar größer als 10:1 sein”, erklärt Zhang.

Die thermische Modellierung der Forscher zeigte, dass die Oberfläche von Fragmenten, die aus der Zerstörung des ursprünglichen Körpers resultieren, in sehr kurzer Entfernung vom Stern aufschmelzen und in größeren Entfernungen wieder kondensieren würde, wodurch eine zusammenhängende Kruste gebildet würde, die die strukturelle Stabilität der länglichen Form sicherstellen würde.

“Die Wärmediffusion während des stellaren Gezeitenstörungsprozesses verbraucht auch große Mengen an flüchtigen Bestandteilen, was nicht nur die Oberflächenfarben von ‘Oumuamua und das Fehlen eines sichtbaren Schweifs erklären kann, sondern auch die vermutete Trockenheit dieser interstellaren Population”, so Zhang und führt dazu weiter aus: “Trotzdem können einige unter der Oberfläche vergrabene flüchtige Stoffe mit hoher Sublimationstemperatur wie Wassereis in kondensierter Form überdauern.”

Tatsächlich zeigten Beobachtungen von ‘Oumuamua denn auch keine Kometenaktivität. Zudem kommt nur Wassereis als eine mögliche Ausgasungsquelle in Frage, um die bei ‘Oumuamua beobachtete, nicht durch Gravitation erklärbare Bewegung und unerwartete Beschleunigung zu erklären. Im Auswurf-Szenario von Lin und Zhang könnte während des Durchgangs durch das Sonnensystem Restwassereis in und auf ‘Oumuamua aktiviert worden sein. Die resultierende Ausgasung würden dann tatsächlich Beschleunigungen verursachen, die der kometenartigen Flugbahn von ‘Oumuamua entsprechen.

“Das Szenario der Gezeitenfragmentierung bietet nicht nur die Möglichkeit, ein einziges Objekt wie ‘Oumuamua zu bilden, sondern erklärt auch die große Population derartiger asteroidenähnlicher interstellarer Objekte”, erklärt Zhang.

Die Berechnungen der Forscher zeigen die Effizienz der Gezeitenkräfte bei der Herstellung dieser Art von Objekten. Mögliche Vorläufer, einschließlich langperiodischer Kometen, Trümmerscheiben und sogar Supererden, könnten bei Begegnungen mit Sternen so in Stücke der Größe von ‘Oumuamua umgewandelt werden.

Diese Arbeit stützt zudem frühere Schätzungen einer großen Population von ‘Oumuamua-ähnlichen interstellaren Objekten. Da diese Objekte die Bereiche bewohnbarer Zonen passieren können, könne zudem nicht ausgeschlossen werden, dass sie Materie und Elemente transportieren könnten, die Leben erzeugen kann (Panspermie). Diese interstellaren Objekte könnten kritische Hinweise darauf geben, wie sich Planetensysteme bilden und entwickeln”, sagte Zhang.

Laut Lin ist ‘Oumuamua nur die Spitze des Eisbergs: „Wir gehen davon aus, dass durch zukünftige Beobachtungen mit dem bevorstehenden Vera C. Rubin Observatorium viel mehr interstellare Besucher mit ähnlichen Merkmalen entdeckt werden.”

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Quelle: University of California – Santa Cruz

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