Trotz neuer Theorie: ‚Oumuamua bleibt rätselhaft

Künstlerische Darstellung verschiedener 'Oumuamua-Interpretationen (Illu.). Copyright: Mark Garlick
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Künstlerische Darstellung verschiedener 'Oumuamua-Interpretationen (Illu.).Copyright: Mark Garlick

Künstlerische Darstellung verschiedener ‚Oumuamua-Interpretationen (Illu.).
Copyright: Mark Garlick

Cambridge (USA) – In einem aktuellen Nature-Fachartikel erklären zwei US-Wissenschaftler, das Rätsel um den mysteriösen Schub des interstellaren Objekts ‚Oumuamua für gelöst – und werden für ihre Theorie zu dem Objekt als Wasserstoff-Wasser-Eisberg medial bereits gefeiert. Im folgenden Gastbeitrag erklärt der Harvard-Astronom Prof. Avi Loeb, warum es so einfach leider doch nicht ist.

UPDATE 27.3.2023: Mittlerweile liegt ein vorab via ArXiv.org veröffentlichter Fachartikel von Haravard-Proffessor Avi Loeb und Thiem Hoang vom Korea Astronomy and Space Science Institute und der Korea University of Science and Technology, als Replik zur in diesem Artikel besprochenen Nature-Studie vor. Der Fachartikel wurde auch zur Publikation bei einem Fachjournal eingereicht. Direktlink zum Fachartikel HIER

– Bei diesem Artikel handelt es sich um einen Gastbeitrag von Prof. Dr. Avi Loeb, der am 22. März 2023 im englischsprachigen Original als Essay via TheMedium.com mit dem Titel „Is `Oumuamua a Hydrogen-Water Iceberg?“ erstveröffentlicht wurde. Der Text wurde – mit freundlicher Genehmigung des Autors (A. Loeb) – durch www.GrenzWissenschaft-Aktuell.de (GreWi) ins Deutsche übersetzt. Die vom Autor geäußerten Ansichten sind seine eigenen.

Ist ‚Oumuamua ein Wasserstoff-Wasser-Eisberg?

In einem neuen Artikel, der heute in Nature veröffentlicht wurde (DOI: 10.1038/s41586-022-05687-w), schlagen Jennifer Bergner von der University of California in Berkeley und Darryl Seligman von der Cornell University vor, dass die merkwürdige Beschleunigung, die für das erste bekannte interstellare Objekt mit der Bezeichnung ‚Oumuamua beobachtet wurde, dadurch erklärt werden kann, dass ‚Oumuamua aus Wassereis bestand, welches auf seiner interstellaren Reise durch kosmische Strahlung teilweise in Wasserstoff aufgespalten wurde. In der Zusammenfassung des Artikels geben die Autoren zu, dass frühere Modelle die von einem Eisberg aus reinem Wasserstoff oder einem Eisberg aus reinem Stickstoff ausgingen aufgrund von theoretischen oder beobachteten Widersprüchen nicht funktionieren. Tatsächlich wurde das Wasserstoff-Eisberg-Modell in einem früheren Fachartikel aus dem Jahr 2020 von Darryl Seligman selbst vorgeschlagen. Ein paar Monate später schrieb ich gemeinsam mit Thiem Hoang eine Arbeit, in der wir zeigten, dass die Erwärmung durch interstellares Sternenlicht Wasserstoff-Eisberge viel zu schnell zerstören und ihnen nicht erlauben würde, das Sonnensystem von ihren wahrscheinlichen Entstehungsorten riesiger Molekülwolken zu erreichen.

In der neuen Nature-Veröffentlichung weisen Bergner und Seligman auch darauf hin, dass die Sublimation eines Eisbergs aus reinem Wasser nicht die volle Beschleunigung von ‚Oumuamua liefern kann, wie von Marco Micheli und Mitarbeitern in einer Veröffentlichung in Nature aus dem Jahr 2018 berichtet. Da die beobachtete Beschleunigung umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung von der Sonne abnahm, schlug ich einige Monate später in einer Arbeit mit meinem ehemaligen Postdoc Shmuel Bialy vor, dass „’Oumuamua eine dünne Membran war, die vom Sonnenlicht angeschoben wurde. Da die Natur aber keine solchen Lichtsegel entstehen lässt, habe ich in Nachfolgeartikeln sowie in meinem Buch „Extraterrestrial“ (Außerirdisch) vorgeschlagen, dass ‚Oumuamua möglicherweise von einer außerirdischen technologischen Zivilisation produziert wurde. Kürzlich habe ich in einem neu veröffentlichten Artikel dann vorgeschlagen, dass diese Form von dünnem Weltraummüll ein Stück einer zerbrochenen Dyson-Sphäre darstellen könnte, die durch Asteroideneinschläge beschädigt wurde.

Da Bergner und Seligman selbst zugeben, dass ein Eisberg aus reinem Wasser oder ein Eisberg aus reinem Wasserstoff keine brauchbaren Modelle für ‚Oumuamua liefern, ist unklar, wie nun das eine Vermengung dieser zweier fehlgeschlagenen Modelle miteinander eine erfolgreiche Lösung für das Rätsel um ‚Oumuamua darstellen soll. Insbesondere wenn Wasserstoff aus einem Wassereisberg verdunstet, würde dies dem Objekt er aufgrund des höheren Molekulargewichts von Wasser weniger Schub verleihen als einem reinen Wasserstoffeisberg. Wenn Wasserstoff außerdem so leicht aus Wassereis verdunstet, wie im aktuellen Nature-Artikel vorgeschlagen, so. hätte ein solches Objekt aus dem interstellaren Raum die Reise bis in Sonnensystem gar nicht erst überstanden, gleiches gilt für einen reinen Wasserstoff-Eisberg.

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Leider werden diese Fragen in der neuen Studie nicht behandelt. Ein weiteres Problem besteht darin, dass Kometen aufgrund der ungleichmäßigen Sublimation von Eis auf ihrer Oberfläche häufig durch die austretenden Jets ins Schlingern geraten, und es zu einer erheblichen Veränderung ihrer Rotationsperiode kommt, wenn sie verdampfen. Nichts davon war im Fall von ‚Oumuamua zu beobachte. Dieser Punkt wurde bereits in einem Artikel von Roman Rafikov aus dem Jahr 2018 hervorgehoben, der ebenfalls Zweifel an einem kometenartigen Ursprung für die übermäßige Beschleunigung bei ‚Oumuamuas Entfernung von der Sonne aufkommen ließ.

Bergner und Seligman schlagen nun vor, dass ihr Modell generisch sei und somit alle eisigen Körper, die interstellarer kosmischer Strahlung ausgesetzt sind, eine Wasserumwandlung in Wasserstoff aufzeigen sollten. Allerdings kennen wir bereits ein eisiges Objekt aus dem interstellaren Weltraum: Es ist der erste interstellare Komet, 2I/Borisov, der 2019 vom Amateurastronomen Gennady Borisov entdeckt wurde. Dieses Objekt erschien wie ein bekannter Komet aus unserem eigenen Sonnensystem mit einem riesigen Kometenschweif. ‚Oumuamua kann kein typischer Komet wie 2I/Borisov sein, da es keine Hinweise auf kohlenstoffbasierte Moleküle oder Staub um ‚Oumuamua gibt. Das zeigen die Tiefeninfrarot-Beobachtungen des Spitzer-Weltraumteleskops. Wenn die Autoren richtig lägen und 1I/’Oumuamua also ein typischer Wassereiskomet war, der kosmischer Strahlung ausgesetzt war, dann hätte auch 2I/Borisov keinen offensichtlichen Kometenschweif haben dürfen.

Tatsächlich sind langperiodische Kometen aus der Oortschen Wolke des Sonnensystems der gleichen Umgebung mit kosmischer Strahlung ausgesetzt wie interstellare Objekte wie ‚Oumuamua, weil sie sich außerhalb der Heliosphäre befinden, wo sie der Sonnenwind schützen kann. Dennoch zeigen Kometen der Oortschen Wolke die bekannten Kometenschweife. Zu argumentieren, dass ein generischer Eis-Komet keinen Schweif hat, ist so, als würde man sagen, ein Elefant sei ein generisches Zebra, nur eben ohne seine Streifen zu zeigen. Natürlich könnte es Ausnahmen geben, bei denen die Verdunstungsrate niedrig ist, aber diese würden die übermäßige Beschleunigung von ‚Oumuamua nicht berücksichtigen, die es erfordert, dass mindestens ein Zehntel der Masse des Objekts in einem Schweif verloren geht, wenn die Beschleunigung beobachtet wird.

‚Oumuamuas hyperbolischer Weg durch das Sonnensystem (Illu.).
Copyright: ESO/K. Meech et al.‘

Interessanterweise beobachtete dasselbe Teleskop, das ‚Oumuamua im September 2020 entdeckte, das Pan-STARRS auf Hawaii, ein weiteres Objekt, das als Ergebnis der Reflexion des Sonnenlichts ohne Kometenschweif einen Schub von der Sonne weg zeigte. Dieses Objekt mit dem Namen „2020 SO“ war ein Raketenbooster aus dünnen Edelstahlwänden, der 1966 von der NASA gestartet wurde. Um zu verstehen, wie viel Masse von ‚Oumuamua verdampfen muss, lassen Sie uns einige Zahlen durchgehen:

Kometenverdunstung führt zu dem Raketeneffekt, durch den der Impuls des verdampften Gases in Richtung Sonne das Objekt von der Sonne wegdrückt. Dies ist der gleiche Mechanismus, der Raketen oder Düsenflugzeuge antreibt.

Das neue Modell erfordert nun, dass molekularer Wasserstoff einen erheblichen Teil der Gesamtmasse ausmacht und der größte Teil davon verdampft. Als ‚Oumuamua beobachtet wurde, lag die Temperatur des verdampften Wasserstoffs in der Größenordnung von hundert Grad Kelvin über dem absoluten Nullpunkt. Die Geschwindigkeit des verdampften Wasserstoffs kann nicht größer sein als die thermische Geschwindigkeit eines Wasserstoffmoleküls bei dieser Temperatur, etwa einen Kilometer pro Sekunde. Das wiederum entspricht einigen wenigen Prozent der Geschwindigkeit von ‚Oumuamua in der Nähe der Erde. Die Atommasse von Sauerstoff ist 16-mal so groß wie die von Wasserstoff, was bedeutet, dass Wasser (zwei Wasserstoffatome pro Sauerstoffatom) 8-mal mehr Masse trägt als die Wasserstoffmasse darin. Wenn wir daher im günstigsten Fall annehmen, dass der gesamte Wasserstoff von ‚Oumuamua verdampft, würde der Geschwindigkeitssprung des verbleibenden Objekts einige Prozent dividiert durch 8 betragen, was 0,3% der Geschwindigkeit von ‚Oumuamua in Erdnähe entspricht.

Zum Thema

Der beobachtete Schub von ‚Oumuamua betrug etwa 0,1 % der Geschwindigkeit von ‚Oumuamua. Dies impliziert, dass ein Drittel des gesamten verfügbaren Wasserstoffs im Wassereisberg hätte verdampfen müssen, um ‚Oumuamua den beobachteten Kick von 0,1 % seiner Geschwindigkeit zu geben. Angesichts der Tatsache, dass ‚Oumuamua die Größe eines Fußballfelds hatte, ist unklar, wie ein Drittel seiner gesamten Wasserstoffmasse aus einer Tiefe von mehreren zehn Metern an seine Oberfläche entweichen kann, ohne dabei auch Wassermoleküle herauszudrücken. Tatsächlich zeigen bekannte Kometen Wasserdampf mit Staub. „’Oumuamua kann kein typischer Komet sein, weil er nicht wie ein typischer Komet aussah.“ Wie ich in einem 2021 veröffentlichten Artikel zusammenfasste, „zeigte Oumuamua auch noch andere Anomalien als seine Beschleunigung. Die Schwankung der Helligkeit des reflektierten Sonnenlichts um den Faktor zehn, wenn es alle 8 Stunden taumelte, implizierte laut einer detaillierten Analyse der Lichtkurve von ‚Oumuamua durch Sergey Mashchenko aus dem Jahr 2019, dass es eine extreme Form hatte – höchstwahrscheinlich scheibenförmig und nicht zigarrenartig. Diese scheibenartige Form, die von Mashchenkos Analyse mit einem Konfidenzniveau von 91 % bevorzugt wird, stimmt mit der Interpretation der flachen Membran überein.

Grafische Darstellung der mit verschiedenen Teleskopen beobachteten Helligkeitsveränderungen von 'Oumuamua.Copyright: ESO/K. Meech et al.

Grafische Darstellung der mit verschiedenen Teleskopen beobachteten Helligkeitsveränderungen von ‚Oumuamua.
Copyright: ESO/K. Meech et al.

Darüber hinaus entstand ‚Oumuamua in der Nähe des Lokalen Ruhesystems (LSR), dem Referenzrahmen, der den Durchschnitt über die zufälligen Bewegungen aller Sterne in der Nähe der Sonne abbildet. Laut einer Veröffentlichung von Eric Mamajek aus dem Jahr 2017 hätte „weniger als 1 von 500 Feldsternen in der Sonnenumgebung eine Geschwindigkeit, die so nahe an der mittleren Geschwindigkeit dieses Rahmens relativ zur Sonne liegt“, so wäre ‚Oumuamua in seiner früheren Anfangsgeschwindigkeit vor dem Schwerkraft-Schub durch unsere Sonne extrem selten.

Insgesamt ist es aber schon fantastisch, das anhaltende Interesse innerhalb des Mainstreams der Astronomie zu sehen, die anomale Beschleunigung von ‚Oumuamua mehr als fünf Jahre nach seiner Entdeckung zu erklären. Es ist gut, alternative Modelle zur Hand zu haben, wenn wir mit dem bevorstehenden „Legacy Survey of Space and Time“ (LSST) am Vera C. Rubin Observatory nach dem nächsten ‚Oumuamua-artigen Objekt  suchen.

Die grundlegende Frage, die mich interessiert, ist die, ob ‚Oumuamua nun natürlichen oder künstlichen Ursprungs war. Wenn das nächste ‚Oumuamua -Objekt künstlich erscheint, dann fühlen wir uns vielleicht wie Hausbesitzer, die alle Gegenstände in ihrem Hinterhof als Steine ​​identifiziert haben, einschließlich jener Tennisbälle, die von der kosmischen Straße stammen und von unseren kosmischen Nachbarn geworfen wurden.

Manchmal fühle ich mich wie das Kind in Hans-Christian Andersens Märchen, das behauptete, dass „der Kaiser keine Kleider hat“, während die „Erwachsenen“, die der Prozession zuschauten, darauf bestanden, dass der Kaiser schicke Kleidung trug. In meinem Fall ist der Kaiser ‚Oumuamua und die Kleider sind sein unsichtbarer Kometenschweif.

Prof. Dr. Avi Loeb ist Leiter des „Galileo-Projekts“ in Harvard, einer systematischen wissenschaftlichen Suche nach Beweisen für außerirdische technologische Artefakte. Loeb ist Gründungsdirektor von Harvards Black Hole Initiative, Direktor des Institute for Theory and Computation am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics und Vorsitzender des Beirats des Breakthrough Starshot-Projekts. Er ist Autor des Buches „Außerirdisch: Intelligentes Leben jenseits unseres Planeten“.

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