Astronomen glauben endlich zu verstehen, woher das interstellare Objekt Oumuamua kam und wie es entstanden ist
„Oumuamua hat bei seinem Besuch in unserem Sonnensystem 2017 für Aufsehen gesorgt. Es blieb jedoch nicht lange, und als es am 19. Oktober mit dem Pan-STARRS-Teleskop auf Hawaii gesichtet wurde, war es bereits unterwegs. Aber sein Erscheinen in unserem Teil des Universums ließ viele Vermutungen über seine Natur und seine Ursprünge aufkommen.
Einige dieser Vermutungen waren geradezu albern, aber seltsam zwingend. Einige aufgeregte Köpfe dachten, es könnte ein Raumschiff sein. Im Laufe der Zeit setzten sich kühlere Köpfe durch und seine Identität als Artefakt außerirdischer Intelligenz verschwand aus den Schlagzeilen. Carl Sagans Aphorismus, dass „ Außerordentliche Ansprüche erfordern außergewöhnliche Beweise “ hielt fest.
Nun hat eine ernsthafte wissenschaftliche Untersuchung der Natur von 'Oumuamua seinen wahrscheinlichen Ursprung enthüllt: als Fragment seines Mutterkörpers, das von den Gezeitenkräften seines Wirtssterns zerrissen wurde.
Die Ergebnisse ihrer Forschungen veröffentlichten zwei Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Nature Astronomy. Das Papier trägt den Titel „ Gezeitenfragmentierung als Ursprung von 1I/2017 U1 (‘Oumuamua) .“ Die Astronomen sind Yun Zhang von den National Astronomical Observatories der Chinese Academy of Sciences und Douglas N. C. Lin von der University of California, Santa Cruz. Yun Zhang ist der Hauptautor.
Künstlerische Darstellung von Oumuamua, das das Sonnensystem verlässt. Bildnachweis: NASA
‘Oumuamua war das erste bekannte interstellare Objekt, das unser Sonnensystem besuchte. Kürzlich wurde auch der Komet 2I/Borisov als interstellares Objekt bestätigt. Leider bleibt nicht viel Zeit, um diese Objekte zu studieren, daher haben die Astronomen in diesem Fall ausgiebig von Simulationen Gebrauch gemacht.
In der Einleitung ihres Artikels schreiben die Autoren: „Hier zeigen wir durch numerische Simulationen, dass ‚Oumuamua-ähnliche ISOs durch umfangreiche Gezeitenfragmentierung produktiv produziert und bei engen Begegnungen ihrer volatilen Elternkörper mit ihren Wirtssternen ausgestoßen werden können.“ Sie sagen, dass ihre Entstehungstheorie alle ungewöhnlichen Eigenschaften von 'Oumuamua gut erklärt.
„Wir haben gezeigt, dass ‚Oumuamua-ähnliche interstellare Objekte durch umfangreiche Gezeitenfragmentierung bei engen Begegnungen ihrer Mutterkörper mit ihren Wirtssternen erzeugt und dann in den interstellaren Raum geschleudert werden können“, sagte Lin in a Pressemitteilung .
‘Oumuamua hat ungewöhnliche Eigenschaften, und das hat zu einigen Spekulationen über seine möglichen außerirdischen Ursprünge geführt. Es ist eher länglich als ungefähr rund wie andere Objekte. Es hat auch eine trockene Oberfläche und reist in einer rätselhaften Taumelbewegung durch den Weltraum. Einer Papier von 2018 sagte: 'Oumuamua wurde wahrscheinlich innerhalb seines Elternplanetensystems ins Taumeln gebracht und wird auch nach unserem Verlassen unseres Systems weiterhin purzeln.' Dasselbe Papier berechnete, dass es etwa 1 Milliarde Jahre dauern würde, bis diese Taumelbewegung gedämpft ist.
Die Autoren dieses neuen Papiers sind sich einig, dass „Oumuamua ein rätselhaftes Objekt ist, aber sie sagen, dass es eindeutig natürlichen Ursprungs ist.
„Es ist wirklich ein mysteriöses Objekt, aber einige Anzeichen, wie seine Farben und das Fehlen von Radioemission, weisen darauf hin, dass ‚Oumuamua ein natürliches Objekt ist“, sagte Zhang.
„Unser Ziel ist es, ein umfassendes Szenario zu entwickeln, das auf gut verstandenen physikalischen Prinzipien basiert, um alle verlockenden Hinweise zusammenzusetzen“, fügte Lin hinzu.
Eines der Rätsel rund um ‘Oumuamua ist seine trockene Oberfläche. Es ist rätselhaft, weil Astronomen dachten, dass interstellare Objekte Kometen sein würden, die irgendwo in den eisigen Weiten des Weltraums gebildet werden und reich an flüchtigen Stoffen sind. Da diese flüchtigen Stoffe bei Erwärmung durch die Sonne sublimieren und ein sichtbares Koma erzeugen, dachten sie, sie würden sie zuerst entdecken. Während wir von mindestens einem besucht wurden interstellarer Komet Seitdem war es immer noch überraschend, dass der trockene, eislose 'Oumuamua unser erster bestätigter interstellarer Besucher war. Aber da er trocken und felsig wie ein Asteroid ist, war seine Herkunft unklar.
Nachdem ‘Oumuamua uns besucht hatte, führte dies zu einem Ausbruch wissenschaftlichen Denkens. Forscher dachten, dass es mehr davon geben muss. Viel mehr.
Dieses Diagramm zeigt die Umlaufbahn des interstellaren Asteroiden Oumuamua auf seinem Weg durch das Sonnensystem. Im Gegensatz zu allen anderen zuvor beobachteten Asteroiden und Kometen ist dieser Körper nicht durch die Schwerkraft an die Sonne gebunden. Es ist aus dem interstellaren Raum gekommen und wird nach seiner kurzen Begegnung mit unserem Sternensystem dorthin zurückkehren. Seine hyperbolische Umlaufbahn ist stark geneigt und es scheint auf seinem Weg in die Nähe keinem anderen Körper des Sonnensystems nahe gekommen zu sein. Quelle: ESO/K. Meechet al.
„Die Entdeckung von Oumuamua impliziert, dass die Population felsiger interstellarer Objekte viel größer ist, als wir bisher dachten“, sagte Zhang. „Im Durchschnitt sollte jedes Planetensystem insgesamt etwa hundert Billionen Objekte wie Oumuamua ausstoßen. Wir müssen ein sehr gängiges Szenario konstruieren, um diese Art von Objekt zu produzieren.“
Zhang und Lin konzentrierten sich auf Simulationen mit Gezeitenstörungen. Ein Beispiel dafür ist der Komet Shoemaker-Levy 9. Als er dem Jupiter zu nahe kam, zerbrach die Schwerkraft des Gasriesen den Kometen, der dann auf den Planeten stürzte. Dieselbe Kraft könnte das Aufbrechen des Mutterkörpers von Oumuamua in seinem Ursprungssonnensystem verursachen und Fragmente wie Oumuamua auf Flugbahnen in den interstellaren Raum treiben.
Komet Shoemaker-Levy 9 zerbrach in viele Fragmente (Foto oben links), die später nacheinander in die südliche Hemisphäre des Jupiter krachten und im Juli 1994 eine Reihe dunkler Flecken hinterließen . Bildnachweis: NASA/ESA
Die Modellierung des Paares zeigte, dass dieselbe Kraft die länglichen Fragmente wie 'Oumuamua erzeugen könnte. „Die längliche Form ist überzeugender, wenn wir die Variation der Materialstärke während der Sternenbegegnung berücksichtigen. Das Verhältnis von langer zu kurzer Achse kann sogar größer als zehn zu eins sein“, sagte Zhang.
Aber was ist mit der Hitze der engen Begegnung mit dem Gastgeber-Star?
Ihre Modellierung zeigte, dass die nahe Begegnung die Oberfläche von 'Oumuamua schmelzen würde, und wenn sie die Nähe des Sterns verließ, würde sich die Oberfläche wieder verdichten und fest werden. Diese nun feste Kruste würde die längliche Form bewahren.
Dieselbe Hitze würde auch flüchtige Stoffe aus 'Oumuamua entfernen, obwohl einige immer noch im Inneren eingeschlossen sein könnten. „Die Wärmediffusion während des stellaren Gezeitenunterbrechungsprozesses verbraucht auch große Mengen flüchtiger Stoffe, was nicht nur die Oberflächenfarben von Oumuamua und das Fehlen von sichtbarem Koma erklärt, sondern auch die abgeleitete Trockenheit der interstellaren Bevölkerung aufklärt“, sagte Zhang. „Trotzdem können einige unter der Oberfläche vergrabene flüchtige Stoffe mit hoher Sublimationstemperatur, wie Wassereis, in kondensierter Form verbleiben.“
Dieses vergrabene Wassereis könnte auch die beschleunigte Abreise von Oumuamua aus unserer Nachbarschaft erklären. Wenn das Astronomenpaar Recht hat, könnte dieses Wassereis von der Sonne sublimiert worden sein und die Ausgasung könnte die Beschleunigung verursacht haben.
Künstlerische Darstellung des interstellaren Objekts `Oumuamua, das beim Verlassen unseres Sonnensystems eine Ausgasung erfährt. Quelle: ESA/Hubble, NASA, ESO, M. Kornmesser
„Das Szenario der Gezeitenfragmentierung bietet nicht nur die Möglichkeit, ein einziges ‚Oumuamua‘ zu bilden, sondern erklärt auch die riesige Population asteroidähnlicher interstellarer Objekte“, sagte Zhang.
Am Ende denken Zhang und Lin, dass sie es geschafft haben. Und ihre Erklärung, wenn auch eine erste, ist viel glaubwürdiger als einige der aufgeregteren Vorschläge, die beim ersten Erscheinen von Oumuamua gemacht wurden.
„Wir folgern, dass die Vorläufer von ‚Oumuamua-ähnlichen ISOs Kilometer große Kometen mit langer Periode aus Oort-Wolken, Kilometer-große Restplanetesimale von Trümmerscheiben oder planetengroße Körper bei einigen AE sein können, die um ein massearmes Hauptnetz kreisen -Folgesterne oder Weiße Zwerge. Diese bieten reichlich vorhandene Reservoirs, um die Vorkommensrate von Oumuamua zu erklären.
Sie gehen dann ein wenig weiter und fragen sich, welche Rolle interstellare Objekte wie Oumuamua bei der Verbreitung von Leben im gesamten Universum spielen könnten.
„In unserem Versuch, plausible Ursachen für alle Aspekte des Oumuamua-Rätsels anzugehen, heben wir die Ergiebigkeit und Robustheit der asteroidalen ISO-Diffusion zwischen nahen und fernen Sternen hervor. Da diese Aufenthalte durch die Domänen bewohnbarer Zonen führen, kann die Aussicht auf Panspermie, die von ihnen getragen wird (Spitzname Sola Lapis, auch bekannt als ungebundene nicht-kometäre asteroidale Objekte), nicht ausgeschlossen werden.“
„Das ist ein ganz neues Feld. Diese interstellaren Objekte könnten wichtige Hinweise darauf geben, wie sich Planetensysteme bilden und entwickeln“, sagte Zhang in der Pressemitteilung.
Das LSST oder Vera Rubin Survey Telescope im Bau am Cerro Pachon, Chile. Sobald es aktiv ist, sollten wir in der Lage sein, viele weitere interstellare Objekte zu entdecken, wenn sie unser Sonnensystem besuchen. Bildquelle: LSST
Dies ist wirklich der erste Versuch der Menschheit, diese interstellaren Objekte zu verstehen. Sobald die Vera Rubin-Observatorium aktiv ist, wird uns seine starke Fähigkeit, flüchtige Objekte am Himmel zu erkennen, wahrscheinlich viel mehr Gelegenheiten geben, sie zu untersuchen. „‘Oumuamua ist nur die Spitze des Eisbergs. Wir gehen davon aus, dass durch zukünftige Beobachtungen mit dem bevorstehenden Vera-C.-Rubin-Observatorium noch viele weitere interstellare Besucher mit ähnlichen Merkmalen entdeckt werden“, fügte Lin hinzu.