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Astronomie+Physik

Wie Oumuamua zur interstellaren „Zigarre“ wurde

'Oumuamua lookalike
'Oumuamua-ähnliches Objekt, entstanden in einer Modellsimulation. (Bild: NAOC/ Y. Zhang)

Im Herbst 2017 durchflog ein zigarrenförmiges Objekt in hohem Tempo unser Sonnensystem – zur Überraschung der Astronomen. Denn das Oumumua getaufte Objekt war nicht nur interstellaren Ursprungs, seine harte Kruste und extrem langgezogene Form widersprachen auch allen Erwartungen an solche fremde Besucher. Jetzt könnten Forscher herausgefunden haben, warum Oumumua eine so außergewöhnliche Form besitzt und wie er entstanden ist. Ihren Simulationen zufolge spielten dafür eine nahe Annäherung an einen fremden Stern und dessen Gezeitenkräfte eine entscheidende Rolle.

Am 19. Oktober 2017 entdeckte das Pan-STARRS-Teleskop auf Hawaii ein ungewöhnliches Objekt: Ein zigarrenförmiger, mehrere hundert Meter langer Brocken raste mit extrem hoher Geschwindigkeit auf einer parabelförmigen Kurve durch das Sonnensystem. Aus der Flugbahn und der hohen Geschwindigkeit des Oumuamua getauften Objekts schlossen die Astronomen, dass es sich um einen „Besucher“ aus dem interstellaren Raum handeln musste. Wahrscheinlich stammte Oumuamua ursprünglich aus dem Umfeld eines fremden Sterns und war dann durch Schwerkraftturbulenzen ins All hinausgeschleudert worden. Für Rätsel sorgte dabei jedoch die langgezogene Form und die Beschaffenheit des Objekts. Denn typischerweise sind es vor allem Kometen – eisige, rundliche Brocken aus den Außenbereichen eines Planetensystems – die aus ihren Systemen herauskatapultiert werden. Oumuamua jedoch besaß eine feste Kruste und keinen sichtbaren Schweif. Auf den ersten Blick ähnelte er damit eher einem Asteroiden als einem Kometen.

Bei einer Sternenpassage geformt?

Worum es sich bei Oumuamua tatsächlich handelte und wo dieses Objekt herkam, blieb jedoch ungeklärt – auch weil es bei seiner Entdeckung schon wieder auf dem Weg aus dem Sonnensystem heraus war. Die Astronomen konnten ‚Oumuamua daher nur wenige Monate lang beobachten. Doch nun könnte eine Studie von Yun Zhang von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und seinem Kollegen Douglas Lin von der University of California in Santa Cruz einige Antworten zur Natur und Entstehung dieses interstellaren Objekts liefern. „Es ist ein wirklich mysteriöses Objekt, aber einige Merkmale wie seine Farbe und die Abwesenheit von Radioemissionen sprechen dafür, dass Oumuamua natürlichen Ursprungs ist“, erklärt Zhang. „Unser Ziel war es, ein Szenario zu entwickeln, das all diese faszinierenden Eigenheiten erklären kann.“

Für ihre Studie haben Zhang und Lin in Computersimulationen untersucht, ob Form und Beschaffenheit von Oumuamua möglicherweise durch eine nahe Passage an einem Stern entstanden sein können. Denn wenn Objekte nah einem sehr viel massereicheren vorbeifliegen, sind sie starken Gezeitenkräften ausgesetzt. Der Schwerkrafteinfluss des Sterns zerrt so stark an dem Objekt, dass dieses sich verformen und sogar zerreißen kann. Zu beobachten war dieser Effekt unter anderem im Jahr 1994, als der Komet Shoemaker-Levy 9 dem Planeten Jupiter zu nahe kam und von ihm zerrissen wurde. Die Bruchstücke stürzten anschließend in die Atmosphäre des Gasriesen. In ihrem Modell haben Zhang und Lin simuliert, wie sich eisige oder steinige Brocken verschiedener Größe verändern, wenn sie nahe an einem sonnenähnlichen Stern vorbeifliegen.

Wirkung der Gezeitenkräfte könnte auch die Kruste erklären

Die Simulationen ergaben, dass die Gezeitenkräfte bei einer solchen nahen Passage an einem Stern ein Objekt nicht nur komplett zerreißen können, sie können auch Fragmente erzeugen, die ähnlich langgezogen und zigarrenförmig sind wie Oumuamua. Zustande kommt diese extreme Form, weil kleinere Bruchstücke erhitzte werden und unter dem Einfluss der Gezeitenkräfte zu neuen, länglichen Gebilden verschmelzen. „Das Verhältnis von langer zu kurzer Achse kann bei diesen Objekten sogar grö0ßer sein als zehn zu eins“, sagt Zhang. Gleichzeitig werden diese Fragmente so stark beschleunigt, dass sie der Anziehungskraft des Sterns entfliehen und aus ihrem Heimatsystem herausgeschleudert werden können. „Wir haben damit gezeigt, dass Oumuamua-ähnliche interstellare Objekte durch eine Gezeitenkraft-bedingte Fragmentation während naher Begegnungen mit ihren Zentralsternen erzeugt werden können“, berichtet Lin. Oumuamua könnte demnach das ausgeschleuderte Fragment eines ursprünglich größeren Brockens sein.

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Gleichzeitig könnte dieses Szenario noch ein weiteres Merkmal von Oumuamua erklären: seine feste, gesteinsähnliche Kruste und das Fehlen eines Schweifs. Denn wie die Simulationen ergaben, lässt die von den starken Gezeitenkräften erzeugte Hitze die Fragmente teilweise schmelzen und dann wieder auskondensieren. Dabei gasen flüchtigere Substanzen wie Wasser aus und es entsteht eine feste Kruste aus schwerer flüchtigen, gesteinsähnlichen Stoffen. „Dieser Prozess erklärt nicht nur die Oberflächenfarben von Oumuamua und die Abwesenheit einer sichtbaren Koma, sondern auch die Trockenheit solcher interstellaren Objekte“, sagt Zhang. Denn durch die harte Kruste erscheint Oumuamua zwar asteroidenähnlich, doch in seinem Inneren können wie bei Kometen üblich durchaus Wassereis und andere flüchtige Bestandteile vorhanden sein. Gestützt wird diese Annahme durch astronomische Beobachtungen, nach denen sich die Flugbahn von Oumuamua offenbar durch unsichtbare Ausgasungen leicht verändert hat.

„Unser Szenario liefert damit nicht nur einen Weg, wie Oumuamua entstanden sein könnte, sondern erklärt auch die möglicherweise große Population asteroidenähnlicher interstellarer Objekte“, so Zhang. Demnach könnte ‚Oumuamua nur der erste einer großen Zahl von interstellaren Besuchern sein, die aus den Kometen um fremde Sterne entstanden sind, aber äußerlich eher Asteroiden ähneln. „Oumuamua ist nur die Spitze des Eisbergs“, sagt Lin.

Quelle: Yun Zhang (Chinese Academy of Sciences, Beijing) und Douglas Lin (University of California, Santa Cruz), Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-020-1065-8

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