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Oumuamua: Fragment eines extrasolaren Pluto?

Zigarrenförmiges Objekt könnte aus Stickstoffeis bestehen und von einem Eisplaneten stammen

ʻOumuamua
So könnte das interstellare Objekt ʻOumuamua ursprünglich ausgesehen haben: eine rundliche Scheibe statt eines zigarrenförmigen Objekts.© William Hartmann

Eisiges Bruchstück: Astronomen haben eine neue Hypothese zum Ursprung des interstellaren Objekts ʻOumuamua aufgestellt – es könnte das Fragment eines extrasolaren Eisplaneten wie Pluto sein. Denn einige Merkmale des Himmelskörpers sprechen dafür, dass er wie Pluto vorwiegend aus Stickstoffeis besteht. Seine Form wiederum legt nahe, dass ʻOumuamua das Fragment eines Eisplaneten in einem fremden Planetensystem ist.

Das interstellare Objekt ʻOumuamua – ist er ein Asteroid oder ein Komet? © ESO /M. Kornmesser

Am 19. Oktober 2017 entdeckten Astronomen ein interstellares Objekt, das mit hoher Geschwindigkeit durch unser Sonnensystem raste – 1I/ʻOumuamua. Seine Bahn und sein Tempo legen nahe, dass dieses 100 bis 400 Meter lange, zigarrenförmige Objekt aus einem fremden Planetensystem stammte– möglicherweise einem Doppelsternsystem. Ob es sich jedoch um einen extrasolaren Kometen, einen Asteroiden oder vielleicht ein Fragment handelt, ist bis heute strittig.

„In vieler Hinsicht ähnelte ʻOumumamua einem Kometen, aber er war in anderen Merkmalen so merkwürdig, dass seine Natur geheimnisvoll blieb“, erklärt Steven Desch von der Arizona State University. So fehlte der kometentypische Schweif und auch seine Zusammensetzung blieb unbekannt, weil sich ʻOumuamua bei seiner Entdeckung schon zu weit von uns entfernt hatte. Ob es sich daher um einen eisigen oder steinigen Brocken handelte, ließ sich nicht mehr feststellen.

Woraus besteht ʻOumuamua?

„Sein größtes Geheimnis ist seine Zusammensetzung und damit verbunden seine nicht-gravitative Beschleunigung“, erklären Desch und sein Kollege Alan Jackson. Denn die Flugbahn von ʻOumuamua deutet darauf hin, dass er bei seiner Sonnensystem-Passage leicht durch den Ausstoß von Gasen oder einer anderen Kraft abgelenkt wurde. Dieser Ausstoß ist viel schwächer als bei einem Kometen, aber zu stark für einen normalen Asteroiden.

Desch und Jackson haben nun systematisch überprüft, welche bei Himmelskörpern vorkommenden Eisarten die äußeren Merkmale und das Flugverhalten von ʻOumuamua erklären könnte. Darunter waren gefrorener Wasserstoff, Neon, Sauerstoff, Ammoniak und Methan, Kohlenmonoxid- und Kohlendioxideis sowie Stickstoffeis und Wassereis.

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Ein Brocken aus Stickstoffeis?

Das Ergebnis: Ein Großteil dieser Eisarten scheidet aus, wie die Forscher ermittelten. So würden Wassereis und Kohlendioxid-Eis bei der Passage von ʻOumuamua durch das Sonnensystem zu wenig ausgasen – und könnten daher den subtilen zusätzlichen Drall seiner Flugbahn nicht erklären. Gefrorenes Neon und Wasserstoffeis würden dem Brocken zwar genügend Schub liefern, passen aber nicht zu seiner Albedo und kommen fast nie in Reinform vor.

Wasserstoffeis hat zudem eine zu hohe Sublimationstemperatur: Unter interstellaren Bedingungen hätte ein Brocken aus Wasserstoffeis nicht lange überlebt. Und gefrorenes Methan und Kohlenmonoxid sind bislang nur als Beimischungen bei eisigen Himmelskörpern bekannt, aber nie als Hauptkomponenten, wie die Wissenschaftler erklären. Es bleibt daher eine Eisart übrig: Stickstoffeis.

Rätsel um Oumuamua.© Arizona State University

Oberflächenchemie wie auf dem Pluto

„Wir identifizieren Stickstoffeis als den mit Abstand wahrscheinlichsten Kandidaten für die Zusammensetzung von ʻOumuamua“, konstatieren Desch und Jackson. Der gefrorene Stickstoff würde in der Albedo und auch im Ausmaß der Ausgasung zu den Teleskopbeobachtungen passen, sagen sie. Zudem komme dieses Eis auf mehreren bekannten Himmelskörpern in großen Anteilen vor: Die Oberfläche von Pluto und des Neptunmonds Triton besteht fast vollständig aus Stickstoffeis.

Und ähnlich wie bei Pluto könnte die Eiszusammensetzung von ʻOumuamua auch seine rötliche Oberfläche erklären: „Spuren von Methaneis, wie sie typischerweise in Plutos Stickstoffeis gefunden werden, reagieren unter Lichteinfall zu Tholinen“, sagen die Forscher. Diese komplexen organischen Moleküle färben Teile von Pluto und Charon rötlich und auch der interstellare Brocken ʻOumuamua könnte auf diese Weise seine Farben bekommen haben.

Abgesprengt von einem Exo-Pluto?

Sollte ʻOumuamua wirklich aus Stickstoffeis bestehen, erlaubt dies spannende Rückschlüsse auf seinen möglichen Ursprung: Er könnte das Bruchstück eines Pluto-ähnlichen, in einem fremden Planetensystem kreisenden Himmelskörpers sein. „Er wurde wahrscheinlich einst durch einen Einschlag von der Oberfläche eines solchen Planeten abgesprengt und aus seinem Muttersystem geschleudert“, sagt Jackson.

Dass ʻOumuamua ein Fragment sein könnte, haben auch schon andere Forscherteams vermutet. Denn seine ungewöhnlich langgestreckte Form deutet auf starke äußere Einflüsse hin. Wie nun Desch und Jackson ermittelt haben, passt diese Form sehr gut zu einem Brocken aus Stickstoffeis, der bei Eintritt ins Sonnensystem noch eher rundlich war, dann aber durch die Sonnenwärme immer flacher und länglicher wurde.

„Weil die äußeren Schichten des Stickstoffeises verdampften, wurde das Objekt immer flacher – wie ein Seifenstück bei längerer Benutzung“, erklärt Jackson.

Herkunft
Herkunft und Entwicklung von ʻOumuamua .© S. Selkirk/ ASU

Mögliche Heimat im Perseusarm der MIlchstraße

Aus der Sublimationsrate von Stickstoffeis sowie der Größe und Flugbahn von ʻOumuamua haben die Forscher auch ermittelt, wo das Heimatsystem dieses extrasolaren Brockens liegen könnte. Demnach kann er nicht viel länger als eine halbe Milliarde Jahre durch den interstellaren Raum geflogen sein – sonst wäre er zu stark geschrumpft. Seine Fluggeschwindigkeit lag dabei wahrscheinlich bei im Schnitt neun Kilometern pro Sekunde.

Daraus ergibt sich: „Wir vermuten, dass der Ursprung von ʻOumuamua im Perseusarm der Milchstraße liegt, der 6.500 bis 9.700 Lichtjahre von der Sonne entfernt ist“, schreiben die Forscher. Dieser Spiralarm ist der unserem Orionarm nach außen hin nächstfolgende. In dieser Gegend könnte ʻOumuamua aus einem jungen Planetensystem ausgeschleudert worden sein. (Journal of Geophysical Research: Planets, 2021; doi: 10.1029/2020JE006706)

Quelle: Arizona State University

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