Es könnte Meteore geben, die mit einem Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit reisen, wenn sie die Atmosphäre treffen

Es ist kein Geheimnis, dass der Planet Erde gelegentlich von Gesteinen aus dem Weltraum begrüßt wird, die entweder in unserer Atmosphäre explodieren oder auf die Oberfläche aufschlagen. Darüber hinaus erlebt unser Planet regelmäßig Meteoritenschauer, wenn seine Umlaufbahn ihn durch Trümmerwolken im Sonnensystem bewegt. Es wurde jedoch auch festgestellt, dass die Erde regelmäßig von Objekten bombardiert wird, die klein genug sind, um unbemerkt zu bleiben – etwa 1 mm oder so groß.

Laut einer neuen Studie der Harvard-Astronomen Amir Siraj und Prof. Abraham Loeb , ist es möglich, dass die Erdatmosphäre von größeren Meteoren – 1 mm bis 10 cm (0,04 bis 4 Zoll) – bombardiert wird, die extrem schnell sind. Diese Meteore, so argumentieren sie, könnten das Ergebnis von Supernovae in der Nähe sein, die dazu führen, dass Teilchen auf subrelativistische oder sogar relativistische Geschwindigkeiten beschleunigt werden – mehrere Tausendfache Schallgeschwindigkeit auf einen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit.

Ihre Studie mit dem Titel „ Beobachtungssignaturen subrelativistischer Meteore “, ist kürzlich online erschienen und wird zur Veröffentlichung in derAstrophysikalisches Journal. Ihre Arbeit befasst sich mit einem anhaltenden Rätsel in der Astrophysik, nämlich ob die von einer Supernova erzeugten Ejekta auf relativistische Geschwindigkeiten beschleunigt werden und durch das interstellare Medium reisen können, um die Erdatmosphäre zu erreichen.

Künstlerisches Konzept des Meteoriteneintritts in die Erdatmosphäre. Kredit: Universität Oxford

Die Existenz dieser Art von Meteoren mit einem Durchmesser von etwa 1 mm (0,04 Zoll) wurde in der Vergangenheit von mehreren Astronomen (wie Lyman Spitzer und Satio Hayakawa) vorgeschlagen. Auch die Frage, ob sie die Reise durch den interstellaren Raum überleben könnten, wurde eingehend untersucht. Wie Siraj Universe Today per E-Mail erklärte:

„Empirische Beweise deuten darauf hin, dass in der Vergangenheit mindestens eine Supernova schwere Elemente auf die Erde geregnet hat. Es ist bekannt, dass Supernovae erhebliche Staubmengen bei subrelativistischen Geschwindigkeiten freisetzen. Wir sehen auch Hinweise auf Klumpenbildung oder „Kugeln“ in Supernova-Ejekta. Der Massenanteil, der in kleinen Klumpen enthalten ist, ist unbekannt, aber wenn nur 0,01% der Staubejekta in Objekten von Millimetergröße oder größer enthalten sind, würden wir erwarten, dass jeder Monat einer in der Erdatmosphäre als subrelativistischer Meteor auftaucht (basierend auf über die Geschwindigkeit von Supernovae in der Milchstraße).“

Trotz solider theoretischer Grundlagen bleibt die Frage, ob Meteore, die größer als ein Staubkorn sind, mit subrelativistischen oder relativistischen Geschwindigkeiten in die Erdatmosphäre eintreten oder nicht. Dies wären Meteore mit einem Durchmesser von 1 mm (0,04 Zoll), 1 cm (0,4 Zoll) oder 10 cm (4 Zoll). Ein Großteil des Problems hat mit unserer aktuellen Suchmethodik zu tun, die einfach nicht darauf ausgelegt ist, nach dieser Art von Objekten zu suchen.

'Meteore bewegen sich normalerweise in der Nähe von 0,01% der Lichtgeschwindigkeit', sagte Siraj. „Daher sind die aktuellen Suchvorgänge darauf abgestimmt, Signale von Objekten zu finden, die sich mit dieser Geschwindigkeit bewegen. Meteore von Supernovae würden sich hundertmal schneller fortbewegen (etwa 1% der Lichtgeschwindigkeit), und ihre Signale würden sich daher erheblich von typischen Meteoren unterscheiden, sodass sie von aktuellen Vermessungen leicht übersehen werden.“

Meteore sind Kometen- und Asteroidentrümmer, die auf die Atmosphäre treffen und blitzschnell verglühen. Bildnachweis: Jimmy Westlake

Für ihre Studie entwickelten Siraj und Loeb ein hydrodynamisches und Strahlungsmodell, um die Entwicklung heißer Plasmazylinder zu verfolgen, die aus subrelativistischen Meteoren resultieren, die unsere Atmosphäre durchqueren. Daraus konnten sie berechnen, welche Art von Signalen erzeugt werden, und gaben damit einen Hinweis darauf, wonach Astronomen Ausschau halten sollten. Wie Siraj erklärte:

„Wir stellen fest, dass ein subrelativistischer Meteor eine Stoßwelle erzeugen würde, die von einem Mikrofon aufgenommen werden könnte, sowie einen hellen Strahlungsblitz, der in optischen Wellenlängen sichtbar ist – beides dauert etwa eine Zehntel Millisekunde. Bei Meteoren mit einer Größe von nur 1 mm könnte ein kleiner optischer Detektor (1 Quadratzentimeter) den Lichtblitz bis zum Horizont leicht erkennen.“

Vor diesem Hintergrund skizzierten Siraj und Loeb die Art von Infrastruktur, die es Astronomen ermöglichen würde, die Existenz dieser Objekte zu bestätigen und sie zu untersuchen. Neue Vermessungen könnten beispielsweise Infraschallmikrofone und optische Infrarotinstrumente einbeziehen, die in der Lage wären, die akustische Signatur und die optischen Blitze zu erkennen, die von diesen Objekten erzeugt werden, die in unsere Atmosphäre eindringen, und die daraus resultierenden Explosionen.

Basierend auf ihren Berechnungen empfehlen sie, dass ein globales Netzwerk von etwa 600 Detektoren mit flächendeckender Abdeckung einige dieser Meteoritenarten pro Jahr entdecken könnte. Es besteht auch die Möglichkeit, vorhandene Daten nach Anzeichen subrelativistischer und relativistischer Meteore zu durchsuchen. Nicht zuletzt besteht die Möglichkeit, vorhandene Infrastrukturen zu nutzen, um nach Spuren dieser Objekte zu suchen.

Karte mit Standort und Energie von Meteorexplosionen, die von CNEOS entdeckt wurden. Bildnachweis: NASA/CNEOS

Ein gutes Beispiel dafür, erklärte Siraj, findet sich in der NASA Zentrum für erdnahe Objektstudien (CNEOS) Netzwerk und Datenbank:

Darüber hinaus stellen wir fest, dass das weltweit klassifizierte Netzwerk von Sensoren (einschließlich Mikrofonen und optischen Detektoren) der US-Regierung die CNEOS Fireball- und Bolide-Datenbank umfasst wahrscheinlich eine leistungsfähige vorhandene Infrastruktur. Wir fordern die US-Regierung dringend auf, größere Teile der CNEOS-Daten freizugeben, damit Wissenschaftler nach subrelativistischen Meteoriten suchen können, ohne mehr Steuergelder für den Aufbau eines neuen globalen Netzwerks auszugeben – mit einem bereits in Betrieb genommenen!

Der Lohn dafür wäre nichts Geringeres als die Möglichkeit, einen völlig neuen Satz von Objekten zu untersuchen, die regelmäßig mit der Erdatmosphäre interagieren. Es würde auch eine neue Perspektive für die Erforschung von Supernovae eröffnen, indem es Astronomen ermöglicht, den von ihnen produzierten Ejekta wichtige Beschränkungen aufzuerlegen. Vor diesem Hintergrund lohnt sich die Investition in ein kostengünstiges, globales Netzwerk von All-Sky-Kameras!

Weiterlesen: arXiv