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Das Rätsel der interstellaren Besucher

Sie kommen aus den tiefen All: Schon zweimal haben Astronomen Objekte in unserem Sonnensystem entdeckt, die nicht aus unserer kosmischen Heimat stammen, wie sonst für diese Brocken üblich. Stattdessen handelte es sich bei ʻOumuamua und 2l/Borisov um interstellare Besucher – Brocken aus dem weiten Raum zwischen den Sternen. Wie aber kommen solche Brocken dahin? Und wie viele von ihnen gibt es?

Artist's impression of ʻOumuamua
ʻOumuamua war 2017 das erste innerhalb des Sonnensystems beobachtete Objekt, das als interstellar klassifiziert wurde,

Ob Meteoriten, Asteroiden oder Kometen: Typischerweise stammen alle in unserem Sonnensystem herumfliegenden Objekte aus unserer eigenen kosmischen Heimat. Sie haben ihren Ursprung wie unsere Erde in den wirbelnden Staub- und Gasschwaden der Urwolke. In dieser rotierenden Scheibe bildete sich als erstes unsere Sonne, dann entstanden aus sich zusammenballenden Staubkörner und Bröckchen nach und nach die Planeten. Die Brocken, die bei der Planetenbildung übrigbleiben oder durch Kollisionen ausgeschleudert wurden, kreisen seither als Asteroiden oder Kometen im Sonnensystem.

ʻOumuamua: Eine Zigarre im Weltraum

Soweit die Regel. Doch inzwischen ist klar, dass es in unserem Sonnensystem auch "Fremdlinge" gibt – Objekte, die aus dem interstellaren Raum stammen und bei uns nur auf der Durchreise sind. Den ersten eindeutig nachgewiesenen Vertreter dieser interstellaren Besucher haben Astronomen am 19. Oktober 2017 mit dem Pan-STARRS-Teleskop auf Hawaii entdeckt. Die parabelförmige Flugbahn, auf der das Objekt an der Sonne vorbei und dann wieder in Richtung Außenrand des Sonnensystems flog und sein ungewöhnlich hohes Tempo deuteten darauf hin, dass es sich hier nicht um einen Himmelskörper aus unserem eigenen System handeln konnte.

Was aber war dieses Objekt? Nähere Beobachtungen enthüllten, dass der ʻOumuamua getaufte besucher 100 bis 400 Meter lang, aber sehr schmal war – der Brocken ähnelte eher einer fliegenden Zigarre als einem typischen Asteroiden oder Kometen. Auch woraus ʻOumuamua bestand, ließ sich in der wenigen verbleibende Zeit bis er wieder zu weit entfernt war, nicht eindeutig feststellen.

Die Analysen mittels Teleskopen deuteten aber auf einen hohen Eisgehalt mit einer staubigen, möglicherweise aus organischen Ablagerungen bestehenden Kruste hin. „In vieler Hinsicht ähnelte ʻOumumamua damit 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.

Aus dem Heimatsystem ausgeschleudert

Die meisten Astronomen gehen heute davon aus, dass ʻOumuamua ursprünglich im Außenbereich eines fremden Planetensystems kreiste, möglicherweise als Komet oder auch als Teil eines größeren Himmelskörpers. Dann jedoch geschah etwas, das den Brocken aus seiner Bahn warf. Es könnte zu Schwerkraft-Turbulenzen durch den Einfluss eines nahen Planeten gekommen sein oder weil ʻOumuamua um einen Doppelstern kreiste. Denkbar wäre auch, dass eine Kollision ihn von seinem Mutterobjekt absprengte. Letzteres könnte erklären, warum der interstellaren Brocken eine so merkwürdige Zigarrenform hat.

Einmal aus der Bahn geschleudert, wurde ʻOumuamua so schnell, dass die Schwerkraft seines Heimatsterns ihn nicht mehr festhalten konnte – der Brocken verließ sein Heimatsystem und wurde zu einem Wanderer zwischen den Sternen – zum interstellaren Objekt.

2l/Borisov
Das 2019 entdeckte Objekt 2I/Borisov2I/Borisov ist ein Komet, der vor seiner Stippvistite ins Sonnensystem wahrscheinlich noch nie einem Stern nahe gekommen ist. Der rechts auf der Hubble-Aufnahme erkennbare, bläuliche Schweif erreichte bei der Sonnenannäherung eine Länge von 160.000 Kilometern, während der feste Kern wohl nur etwa 1,6 Kilometer groß ist.

2l/Borisov: Der erste interstellare Komet

Dass ʻOumuamua kein Einzelfall ist, belegte im August 2019 die Entdeckung eines weiteren interstellaren Besuchers in unserem Sonnensystem. Diesmal waren die Astronomen rechtzeitiger zur Stelle und sie konnten den Brocken schon bei seinem Anflug auf das innere Sonnensystem beobachten. Das 2l/Borisov getaufte Objekte raste mit rund 150.000 Kilometern pro Stunde auf die Hauptebene der Planeten zu und erreichte Anfang Dezember 2019 seinen sonnennächsten Punkt, bevor es dann im Bogen wieder Kurs auf den interstellaren Raum nahm.

Anders als ʻOumuamua war dieser 2l/Borisov getaufte Besucher aber eindeutig ein Komet: Er besaß einen mehreren Kilometer großen Kern aus Eis und Gesteinsmaterial, der von einer Wolke aus Gas und Staub umgeben war. Dieser Halo wird bei Kometen typischerweise durch die Wärme bei der Annäherung an die Sonne produziert und entsteht durch verdampftes Eis und Ausgasungen.

Ähnlich wie manche unserer heimischen Kometen überstand auch 2l/Borisov den nahen Vorbeiflug an der Sonne nicht unbeschadet: Im März 2020 brach ein Stück seines eisigen Kerns ab, wie Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops enthüllten. Weil Kometenkerne vorwiegend aus Eis bestehen, verdampft die Sonnenwärme einen Teil ihres Materials. Dies kann große Löcher in den Kometenkern reißen oder auch Stücke von ihm absprengen.

Berechneter Orbit eines extrasolaren Centauren-Objekts
So extrem sah der brechnete Orbit einiger Centauren zur Frühzeit des Sonnensystems aus. Dies spricht nach Ansicht von Stronomen dafür, dass sie wahrscheinlich von fremden Sternen stammen und von der Sonne eingefangen wurden.

Interstellare Dauergäste: Gekommen um zu bleiben

Während ʻOumuamua und 2l/Borisov nur auf der Durchreise waren und unser Sonnensystem ebenso schnell wieder verlassen haben, wie sie gekommen sind, gilt dies nicht für alle interstellaren Objekte.  Astronomen haben mindestens 19 Asteroiden im Sonnensystem identifiziert, die interstellaren Ursprungs sein könnten. Diese Brocken rasen nicht quer durch unsere System, sondern folgen Bahnen, die auch für Asteroiden der sogenannten Centaurengruppe typisch sind: Sie bewegen sich auf elliptischen, leicht geneigten Bahnen jenseits des Jupiter um die Sonne. Ihre instabilen Flugbahnen lassen sich mithilfe von Modellen so weit zurückverfolgen, dass man ihren Ursprung rekonstruieren kann.

Genau dies haben Astronomen um Maria Morais vom Observatorium der Cote d’Azur getan. Dabei stellten sie fest: Auch diese inzwischen eingemeindeten Brocken kamen ursprünglich von einem anderen Stern. Wahrscheinlich wurden sie noch in der Geburtsumgebung unserer Sonne von ihrer Schwerkraft eingefangen. „Die Sonne bildete sich in einem enggepackten Sternenhaufen“, erklärt Morais. „Die enge Nachbarschaft der Sterne und die Schwerkraftwirkungen der Planeten tragen dazu bei, dass diese Systeme dann Asteroiden von ihren Nachbarn anziehen und einfangen.“

Während dieser turbulenten Anfangszeit unseres Sonnensystems könnten dadurch noch viele weitere extrasolare Objekte von unserer Sonne eingefangen und "eingemeindet" worden sein. Einige Astronomen gehen sogar davon aus, dass ein großer Teil der am fernen Rand unseres System in der Oortschen Wolke kreisenden Objekte ursprünglich interstellaren Ursprungs war.

NPO, 26.08.2021
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