„Wasserstoff“ gibt sein Bestes? Woher kommt die seltsame Beschleunigung des interstellaren Kometen „Oumuamua“?

Der interstellare Komet 'Oumuamua hat eine seltsame Beschleunigung

Ist ‚Oumuamua ein Gas freisetzender interstellarer Komet?

„Oumuamua“ ist ein interstellarer Besucher mit seltsamer Beschleunigung. Die Forscher vermuten, dass die ungewöhnliche Bewegung auf Gasausbrüche an der Oberfläche zurückzuführen sein könnte – ein bekanntes Merkmal von Kometen. Bild über NASA/ESA und Joseph Olmsted und Frank Summers vom STScI

Im Jahr 2017 war ein Objekt namens „Oumuamua“ der erste interstellare Besucher, der von Menschen in unserem Sonnensystem beobachtet wurde. Der rechteckige Weltraumbrocken bewegte sich auf einer Flugbahn, die jenseits des wissenschaftlichen Verständnisses von Kometen oder Asteroiden lag, und seine seltsame Beschleunigung löste zahlreiche Spekulationen darüber aus, was 'Oumuamua sein könnte. Einige vermuteten sogar, dass es sich um ein außerirdisches Raumschiff handeln könnte. Am 22. März 2023 sagten Forscher der University of California, Berkeley und der Cornell University, sie hätten nun eine einfachere Erklärung für „Oumuamua“ und sein seltsames Verhalten. Sie sagten, es sei ein Komet aus einem anderen Sonnensystem. Als der Komet an unserer Sonne vorbeizog, war seine Temperatur so hoch, dass er durch Wasserstoffstrahlen einen Schub erhalten konnte.

Jennifer Bergner von der University of California, Berkeley, und Daryl Seligman von der Cornell University verfassten eine von Experten begutachtete Studie, die am 22. März 2023 in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde.

Der seltsame Oumuamua

‚Oumuamua gibt den Astronomen aus zwei Gründen Rätsel auf: Erstens ist es der erste bekannte interstellare Besucher; und zweitens ist es einfach seltsam. Es handelte sich eindeutig nicht um einen Kometen oder Asteroiden, da er sich nicht wie von den Wissenschaftlern erwartet bewegte.

Obwohl ‚Oumuamua der erste bekannte interstellare Besucher ist, ist er nicht mehr der einzige bekannte interstellare Besucher.

Im Jahr 2019 entdeckten Astronomen 2I/Borisov, ebenfalls einen Kometen aus einem anderen Sonnensystem, der an unserer Sonne vorbeiflog. Borisov hingegen ähnelt eher einem herkömmlichen Kometen mit Koma und Schweif.

Analysen des Meteors, der 2014 auf der Erde einschlug, lassen darauf schließen, dass es sich ebenfalls um einen Besucher aus einem anderen Sonnensystem handelte. Avi Loeb und sein Team in Harvard arbeiten an einer Mission namens Galileo, die im Sommer 2023 unter Wasser im Pazifischen Ozean nach dem Meteor suchen soll.

Oumuamua ist aufgrund seiner physischen Eigenschaften und Bewegungsbahn schwer zu klassifizieren. Seine Form liegt irgendwo zwischen einem Pfannkuchen und einer Zigarre, er hat weder Koma noch Schweif und ist viel kleiner als ein herkömmlicher Komet.

Noch stärker im Widerspruch zur Standarderklärung steht allerdings die Art und Weise, wie sich Oumuamua immer schneller von der Sonne entfernt. Viele Theorien haben versucht, diese Beschleunigung zu erklären. Forscher der University of California, Berkeley und der Cornell University behaupten, dass ihre neueste Theorie zum richtigen Ergebnis gekommen sei.

Beschleunigung der Gasfreisetzung

Die Forscher sagten, dass „Oumuamua“ aufgrund seiner geringen Größe durch Ausgasungen angetrieben wurde. Alle uns bekannten Kometen im Sonnensystem haben einen Durchmesser zwischen einem und mehreren hundert Kilometern, während ‚Oumuamua an seiner breitesten Stelle etwa 115 Meter misst.

„Bei Kometen mit einem Durchmesser von einigen Kilometern kommt der Großteil der Ausgasung aus einer relativ dünnen Schale, sodass man unabhängig von ihrer Zusammensetzung oder ihrer Auswirkung auf die Beschleunigung des Kometen keinen Schubeffekt erwarten würde“, erklärte Bergner. „Aber weil ‚Oumuamua so klein ist, erzeugt seine Ausgasung tatsächlich genug Schub, um seinen eigenen Flug zu beschleunigen.“

Jennifer Bergner untersuchte, warum sich Oumuamua immer schneller von der Sonne entfernt. Bild über UC Berkeley.

Quelle der Ausgasung

Als Astronomen 2017 Oumuamua beobachteten, sahen sie weder Koma noch ausgasende Moleküle oder Staub. Darüber hinaus konnten sie durch Berechnung der auf 'Oumuamua einwirkenden Sonnenenergie keine Schlussfolgerung ziehen, die mit den Beobachtungen übereinstimmte. Außer der enormen Energie, die Oumuamua von der Sonne erhält, ist es die Einwirkung hochflüchtiger Gase wie Wasserstoff (H2), die für einen ausreichenden nicht-gravitativen Schub sorgen kann, der den beobachteten Beschleunigungen entspricht.

„Wir haben im Sonnensystem noch nie einen Kometen ohne Staubkoma gesehen“, sagte Seligman, ein Forscher am Institut für Astronomie und Astrophysik am Mount Sinai. „Also, die nicht-gravitative Beschleunigung ist wirklich seltsam.“

Wenn es sich bei ‚Oumuamua also um einen Kometen aus dem interstellaren Raum handelt (auch ohne sichtbare Koma oder Schweif), ist es dann möglich, dass er die nötige Beschleunigung für seinen Wegflug von der Sonne durch die Freisetzung seines eigenen gespeicherten Wasserstoffs erzeugt?

„Kometen, die das interstellare Medium durchqueren, werden durch kosmische Strahlung erhitzt, was zur Bildung von Wasserstoff führt“, sagte Bergner. Unsere Frage ist: Könnte 'Oumuamua Wasserstoff in seinem Körper eingeschlossen haben, sodass er diesen freisetzt, wenn er in das Sonnensystem eintritt und sich erwärmt? Könnte dies seinen nicht-gravitativen Beschleunigungsschub erklären?

Avi Loeb antwortet

Der Harvard-Astronom Avi Loeb war der Wissenschaftler, der am lautstärksten die Theorie aufstellte, dass es sich bei ‚Oumuamua um außerirdische Technologie handele. In Berichten weltweiter Medien in dieser Woche wies er schnell darauf hin, dass das Papier nicht das letzte Wort sei.

„Die Autoren dieser neuen Studie behaupten, es handele sich um einen Wassereiskometen, und dennoch sehen wir keinen Schweif“, sagte er der New York Times am 22. März 2023. „Das ist, als würde man sagen, ein Elefant sei ein Zebra ohne Streifen.“

„Alles in allem ist es großartig zu sehen, dass die etablierten Astronomen mehr als fünf Jahre nach seiner Entdeckung weiterhin mit Begeisterung an der Erklärung der ungewöhnlichen Beschleunigung von ‚Oumuamua‘ arbeiten“, schrieb Loeb in einem Medienartikel vom 22. März. „Das ist eine gute Sache für unsere Suche nach dem nächsten ‚Oumuamua am Vera C. Rubin Observatory, der bevorstehenden Legacy Survey of Space and Time (LSST)-Mission.“

Avi Loeb schickte EarthSky eine Gegendarstellung zum neuen Artikel, die Sie hier lesen können. (Kein Link)

Alte Forschung weist den Weg

Die Antwort fand Bergner bei seinen Forschungen in den 1970er Jahren. Die Studie zeigt, dass Eis, wenn es von hochenergetischen Teilchen, wie etwa kosmischer Strahlung im interstellaren Raum, bombardiert wird, große Mengen molekularen Wasserstoffs (H2) produziert, der im Eis eingeschlossen wird. Tatsächlich können kosmische Strahlen Dutzende Meter dickes Eis durchdringen. Dies bedeutet, dass kosmische Strahlung mehr als ein Viertel des Wassers eines Kometen in Wasserstoff umwandeln könnte.

Frühere Experimente haben gezeigt, dass Eis, wenn es von der Sonne erwärmt wird, seine amorphe Struktur in eine kristalline überführt. Dadurch wird der Wasserstoff in Form von Blasen herausgedrückt. Der Ausstoß von Gas in Form eines Strahls oder fächerförmigen Sprühnebels würde ausreichen, um eine erkennbare Änderung der Umlaufbahn von ʻOumuamua zu verursachen.

„Unsere wichtigste Erkenntnis ist, dass ‚Oumuamua wie jeder andere normale interstellare Komet ist“, sagte Bergner. „Die Modelle, die wir dafür entwickelt haben, stimmen mit denen anderer Kometen und Asteroiden überein, die wir im Sonnensystem beobachten. Man kann also grundsätzlich davon ausgehen, dass ’Oumuamua zu den Objekten gehört, die wie Kometen aussehen, und dieses Szenario kann funktionieren.“

Was wäre, wenn ‚Oumuamua weder Koma noch Schwanz hätte?

„Auch wenn sich Staub in der Eismatrix befindet, sublimiert das Sonnenlicht das Eis nicht, es ordnet lediglich seine Molekularstruktur neu und setzt Wasserstoffmoleküle (H2) frei. Es tritt also kein Staub aus“, erklärte Seligman.

Darryl Seligman ist einer der Autoren des neuen Artikels, der die seltsame Umlaufbahn von ‚Oumuamua erklärt. Bild über die Cornell University.

„Das Schöne an Jennys Idee ist, dass genau dies mit interstellaren Kometen passieren sollte“, fuhr Seligman fort. „Wir haben viele scheinbar alberne Ideen, wie Wasserstoff-Eisberge und andere verrückte Dinge, die aber nur die allgemeinsten Erklärungen sind.“

Jagd auf ‘Oumuamua

Seligman war einer der Ersten, der vorschlug, weitere Untersuchungen zu „Oumuamua“ durchzuführen. Ein Team namens Project Lyra untersucht derzeit die Machbarkeit, bereits 2028 ein Raumschiff zu starten, um ‚Oumuamua bis 2047 zu erreichen.

EarthSky sprach mit Seligman und diskutierte die Idee, ‚Oumuamua oder das nächste interstellare Objekt zu erforschen. „Es ist sehr aufregend, dass wir genügend ‚Oumuamua-ähnliche Objekte finden konnten, die der Erde nahe genug sind, um uns Informationen über den Weltraum zu liefern“, sagte Seligman gegenüber EarthSky.

Er sagte, das Besondere an der Verfolgung dieser Objekte aus dem interstellaren Raum sei, dass ihre Geschwindigkeit so hoch sei, dass die Forscher nicht gezielt in ihre Umlaufbahn einschlagen müssten, sondern lediglich ein Raumschiff oder eine Sonde davor platzieren müssten. „Es ist, als würde man vor ein rasendes Auto springen.“

Seligman sagte, sie suchen nach repräsentativen interstellaren Objekten. Obwohl Borisov beispielsweise als „normaleres“ interstellares Objekt gilt, weist es in Wirklichkeit keine große Ähnlichkeit mit Kometen in unserem eigenen Sonnensystem auf. Die chemische Zusammensetzung von Borisov enthält mehr leichtflüchtige Substanzen als die der meisten Kometen des Sonnensystems.

Ist dies das endgültige Urteil über Oumuamua?

Seit der Entdeckung von ’Oumuamua im Jahr 2017 haben Wissenschaftler sechs weitere Kometen ohne Koma, aber mit ähnlicher Beschleunigung entdeckt. Wissenschaftler nennen diese Objekte dunkle Kometen und glauben, dass sie häufig vorkommen. Sie konnten feststellen, dass Wasserstoff (H2) nicht die wichtigste Beschleunigungsquelle für diese Objekte im Sonnensystem war, ihre Anwesenheit ermöglichte es den Menschen jedoch, mehr über diese seltsamen Arten von Objekten herauszufinden.

Einer dieser dunklen Kometen, 1998 KY26, wird bald von der Hayabusa2-Mission besucht. Im Jahr 2018 erkundete die Raumsonde den Asteroiden Ryugu.

Seligman erläuterte, wie alle Puzzleteile zusammenpassen: „Jenny hatte mit ihrer Idee des ‚gefangenen Wasserstoffs‘ absolut recht. Daran hatte zuvor noch niemand gedacht. Auch andere dunkle Kometen im Sonnensystem verleihen Jennys Theorie eine gewisse Glaubwürdigkeit. Wasser ist der häufigste Bestandteil von Kometen in unserem Sonnensystem und wahrscheinlich auch in anderen Systemen außerhalb unseres Sonnensystems. Würde man einen wasserreichen Kometen in die Oortsche Wolke oder ins interstellare Medium bringen, erhielte man wahrscheinlich amorphes Eis mit viel molekularem Wasserstoff (H2).“

Zukünftige Beobachtungen und Geheimnisse

Zukünftige astronomische Observatorien wie das Vera C. Rubin-Observatorium, dessen Inbetriebnahme für 2025 geplant ist, dürften noch viele weitere dieser Objekte sichtbar machen. Das Team geht davon aus, dass das Rubin-Observatorium interstellare Kometen wie ‚Oumuamua und noch ähnlichere wie Borisov unter ein bis drei interstellaren Kometen pro Jahr entdecken könnte.

Diese interstellaren Besucher können uns helfen, mehr über Galaxien jenseits unserer eigenen zu erfahren. Wenn Gravitationswechselwirkungen Kometen aus anderen Galaxien anziehen und sie auf unsere Sonne zusteuern, können wir einen Eindruck davon bekommen, wie weit entfernte Welten aussehen.

Seligman drückt es so aus: „Man könnte argumentieren, dass uns die Kometen und Asteroiden in unserem Sonnensystem mehr über die Planetenentstehung gelehrt haben als die Planeten selbst. Ich denke, interstellare Kometen können uns mehr über die Exoplaneten verraten als die Exoplaneten, die wir heute zu vermessen versuchen.“

Seligman sagte auch, dass die Menschen so lange gebraucht hätten, um die seltsame Beschleunigung von „Oumuamua“ endlich zu erklären. Das Verständnis dieses interstellaren Besuchers wird der Menschheit helfen, mehr über Objekte wie dunkle Kometen im Sonnensystem zu erfahren. Das erfüllte ihn mit Ehrfurcht.

„Dieses Objekt konnte nur etwa zwei Wochen lang beobachtet werden“, sagte er. „Aber es war eines der am besten erforschten Objekte dieser Zeit. Wir haben fünf Jahre lang alle möglichen verrückten Theorien erwogen, bis wir auf diese einfachste Idee kamen, es zu erklären. Diese Theorie löst auch andere Rätsel über Objekte im Sonnensystem, die wir zuvor nicht gelöst hatten.“

Wird dies die endgültige Schlussfolgerung sein? Die Zeit wird es zeigen.

Fazit: Forscher sagen, sie hätten das Rätsel um Oumuamuas seltsame Umlaufbahn gelöst. Die Freisetzung von im interstellaren Kometen gespeichertem Wasserstoff (H2) könnte dem Objekt einen erheblichen Schub verliehen haben.

VON: Kelly Kizer Whittand

FY: Menschen

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