Warum interstellare Objekte wie Oumuamua und Borisov möglicherweise Hinweise auf Exoplaneten enthalten

Am 17. und 18. Oktober 2017 raste ein ungewöhnliches Objekt über das Sichtfeld eines großen Teleskops, das in der Nähe des Gipfels eines Vulkans auf der hawaiianischen Insel Maui stand. Das Pan-STARRS1-Teleskop wurde entwickelt, um den Himmel auf vorübergehende Ereignisse wie Vorbeiflüge von Asteroiden oder Kometen zu untersuchen. Aber das war anders: Das Objekt war nicht gravitativ an die Sonne oder einen anderen Himmelskörper gebunden. Es war von woanders angekommen.

Das mysteriöse Objekt war der erste Besucher aus dem interstellaren Raum, der beim Durchqueren des Sonnensystems beobachtet wurde. Astronomen nannten es 1I/’Oumuamua und entlehnten es einem hawaiianischen Wort, das grob übersetzt „Bote aus der Ferne, der zuerst ankommt“ bedeutet. Zwei Jahre später, im August 2019, entdeckte der Amateurastronom Gennadiy Borisov mit einem selbstgebauten Teleskop am MARGO-Observatorium in Nauchnij auf der Krim den einzigen anderen bekannten interstellaren Eindringling, der jetzt 2I/Borisov heißt.

Obwohl typisch Asteroiden und Kometen Im Sonnensystem, das die Sonne umkreist, sind ‘Oumuamua und Borisov himmlische Nomaden, die die meiste Zeit damit verbringen, durch den interstellaren Raum zu wandern. Die Existenz solcher Eindringlinge im Sonnensystem wurde vermutet, Wissenschaftler gingen jedoch davon aus, dass sie selten seien. „Ich hätte nie gedacht, dass wir eines sehen würden“, sagt die Astrophysikerin Susanne Pfalzner vom Jülich Supercomputing Centre in Deutschland. Zumindest nicht zu ihren Lebzeiten.

Aufgrund dieser beiden Entdeckungen vermuten Wissenschaftler nun, dass interstellare Eindringlinge viel häufiger vorkommen. Derzeit könnte es allein in der Umlaufbahn des Neptun etwa 10.000 interstellare Objekte in der Größe von ‘Oumuamua geben, schätzt der Planetenwissenschaftler David Jewitt von der UCLA, Mitautor einer Übersicht über die Aktuelles Verständnis interstellarer Eindringlinge im Jahr 2023 Jahresrückblick auf Astronomie und Astrophysik.

Forscher sind damit beschäftigt, grundlegende Fragen zu diesen außerirdischen Objekten zu beantworten, unter anderem woher sie kommen und wie sie letztendlich durch die Galaxie wandern. Eindringlinge könnten auch eine neue Möglichkeit bieten, Merkmale entfernter Planetensysteme zu untersuchen.

Aber zuerst müssen Astronomen mehr davon finden.

„Wir sind im Moment etwas im Rückstand“, sagt Jewitt. „Aber wir erwarten, noch mehr zu sehen.“

Außerirdische Ursprünge

Spätestens seit Beginn des 18. Jahrhunderts erwägen Astronomen die Möglichkeit der Existenz interstellarer Objekte. In jüngerer Zeit haben Computermodelle gezeigt, dass das Sonnensystem aufgrund der Gravitationswechselwirkungen mit den Riesenplaneten vor langer Zeit seine eigene Population kleinerer Körper in die Leere des interstellaren Raums geschickt hat.

Wissenschaftler gingen davon aus, dass es sich bei den meisten Eindringlingen um Exokometen handeln würde, die aus eisigem Material bestehen. Borisov passte in dieses Profil: Er hatte einen Schweif aus Gasen und Staub, der durch Eis entstand, das während seines nahen Vorbeiflugs an der Sonne verdampfte. Dies deutet darauf hin, dass es in der äußeren Region eines Planetensystems entstanden ist, wo die Temperaturen kalt genug waren, dass Gase wie Kohlenmonoxid in seinen Gesteinen eingefroren waren. Irgendwann schleuderte etwas den etwa einen Kilometer großen Borissow aus seinem System.

Ein möglicher Schuldiger ist ein Vorbeiflug eines Sterns. Die Schwerkraft eines vorbeiziehenden Sterns kann laut a kleinere Körper, sogenannte Planetesimale, aus den äußeren Bereichen eines Systems ausschleudern aktuelle Studie unter der Leitung von Pfalzner. Ein Riesenplanet könnte auch ein Objekt aus den äußeren Regionen eines Planetensystems herausschleudern, wenn ein Asteroid oder Komet nahe genug kommt, damit die Anziehungskraft des Planeten den kleineren Körper so stark beschleunigt, dass er der Umklammerung seines Sterns entkommen kann. Eine enge Annäherung kann auch auftreten, wenn Planeten durch ihre Planetensysteme wandern, wie es vermutlich Neptun im frühen Sonnensystem getan hat.

„Oumuamua hingegen ist nicht das, was Wissenschaftler erwartet hatten. Beobachtungen deuten darauf hin, dass es ziemlich langgestreckt ist – vielleicht 240 Meter lang und nur 40 Meter schmal. Und im Gegensatz zu Borisov zeigte es keine Gas- oder Staubaktivität, was die Möglichkeit erhöht, dass es näher an seinem Stern entstand, wo es zu warm war, als dass sich Eis bilden könnte. Wenn dies der Fall wäre, wäre ein Vorbeiflug eines Sterns oder ein Riesenplanet wahrscheinlich nicht in der Lage gewesen, das Objekt aus seinem System herauszuziehen. Stattdessen könnte es während des Todeskampfes seines Sterns ausgestoßen worden sein: Gasimpulse eines sterbenden Sterns könnten Planeten und Planetesimale nach außen treiben und ihre Umlaufbahnen so stark destabilisieren, dass einige von ihnen in den interstellaren Raum fliegen.

Es ist jedoch möglich, dass sich ‘Oumuamua in den kalten äußeren Bereichen seines Systems gebildet hat und als es sich der Sonne näherte, einen Gasschweif entwickelte, der von Teleskopen nicht entdeckt wurde. Ein Hinweis ist, dass das Objekt stärker beschleunigt wurde, als allein aufgrund der Schwerkraft des Sonnensystems zu erwarten wäre. Das legt eine aktuelle Studie nahe Ein solcher Schub könnte durch die Ausgasung kleiner Mengen Wasserstoff entstanden sein das die Teleskope nicht entdeckt haben. Mehrere Asteroiden in unserem Sonnensystem Laut einer anderen Studie könnte ein ähnlicher Schub durch das Ausgasen von Wasserdampf erzielt worden sein. Zukünftige Beobachtungen des James Webb Space Telescope und des JAXA Hayabusa2 Erweiterte Mission (der sich im Jahr 2031 mit einem dieser Asteroiden des Sonnensystems, den sogenannten „dunklen Kometen“, treffen wird) könnte geringe Mengen an Ausgasungen feststellen.

„Wir müssen abwarten und sehen, aber es könnten Analogien von ‚Oumuamua sein“, sagt der Planetenforscher Darryl Seligman von der Cornell University, Co-Autor mit Jewitt der Übersicht über interstellare Eindringlinge.

Auf der Suche nach Nomaden

Mehr Daten von mehr Eindringlingen können zur Lösung einiger dieser Fragen beitragen. Um diese Daten zu sammeln, benötigen Wissenschaftler bessere Chancen, die Objekte zu entdecken, wenn sie das Sonnensystem passieren. „Wenn Pan-STARRS1 nicht beobachtet hätte, wo wir uns in dieser Nacht aufhielten, wäre Oumuamua wahrscheinlich nie gefunden worden“, sagt der Astronom Robert Weryk, ehemals an der Universität von Hawaii, der den Eindringling in den Daten des Teleskops entdeckte.

Das bevorstehende Legacy-Übersicht über Raum und Zeit am Vera C. Rubin-Observatorium soll die Chancen der Astronomen erhöhen, diese Schnelldreher zu finden: Bereits ab 2025 wird das Teleskop des Observatoriums alle paar Nächte den gesamten sichtbaren Südhimmel abbilden, und sein Hauptspiegel hat einen Durchmesser von fast sieben Metern größer als Pan-STARRS1, sodass schwächere Objekte in größerer Entfernung sichtbar sind. Sobald Eindringlinge entdeckt werden, werden boden- und weltraumgestützte Teleskope sie abbilden, um herauszufinden, woraus sie bestehen. Und wenn ein erreichbares Ziel entdeckt wird, melden sich die Europäische Weltraumorganisation und die Japan Aerospace Exploration Agency Kometenabfangjägerdessen Einführung für 2029 geplant ist, könnte umgeleitet werden, um den Besucher aus der Nähe abzubilden.

Letztendlich hoffen die Astronomen, einen Katalog interstellarer Objekte erstellen zu können, die diesem ähneln Inventar von Exoplaneten, die seit der ersten Entdeckung im Jahr 1992 auf über 5.500 Einträge angewachsen ist. Dieses zukünftige Inventar könnte Forschern dabei helfen, die seit langem bestehende Frage zu beantworten, wie typisch die Erde und das Sonnensystem sind. Die Zusammensetzung einer großen Auswahl interstellarer Objekte könnte Hinweise auf den Aufbau von Objekten in exoplanetaren Systemen liefern – einschließlich solcher, die Leben unterstützen könnten.

„Planetesimale sind die Bausteine ​​von Exoplaneten“, sagt die Astronomin Meredith Hughes von der Wesleyan University in Middletown, Connecticut. Dies bedeutet, dass sie „Informationen über die Vielfalt der Umgebungen liefern können, einschließlich solcher, die bewohnbar sein könnten“.

Nun liegt ‘Oumuamua jenseits der Umlaufbahn von Neptun, und der Komet Borisov ist fast ebenso weit entfernt. Sie werden ihre Reise zurück fortsetzen interstellarer Raum, wo niemand raten kann, was als nächstes passieren wird. Vielleicht verbringen sie eine Ewigkeit damit, durch die Weiten des Weltraums zu wandern, oder vielleicht werden sie von einem Stern gefangen genommen. Oder sie könnten in einem neuen Planetensystem zu einer Scheibe aus sich entwickelndem Gas und Staub zusammenfallen und ihre Reise von vorne beginnen.

Astronomen gehen davon aus, dass es in der Milchstraße mehr interstellare Objekte als Sterne im beobachtbaren Universum geben könnte. Wenn man mehr davon findet, eröffnet sich eine neue Möglichkeit, die Geheimnisse des Kosmos zu erforschen.

„Das wirklich Coole“, sagt Pfalzner, „ist, dass interstellare Objekte zu uns kommen.“

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Theo Nicitopoulos ist ein freiberuflicher Autor, der über Neuigkeiten aus der Erd- und Weltraumwissenschaft berichtet.

Das Artikel ursprünglich erschien in Wissenswertes Magazinein unabhängiges journalistisches Unterfangen von Annual Reviews.