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Einzigartiges Bruchstück aus Zeit der Entstehung der Erde kehrt nach Milliarden Jahren tiefgekühlt zurück

02.05.2016

Schweifloser Manx-Komet aus der Oortschen Wolke liefert Hinweise über den Ursprung des Sonnensystems

Astronomen haben ein einzigartiges Objekt entdeckt, das aus Materie aus dem inneren Sonnensystem zu bestehen und aus der Zeit zu stammen scheint, in der sich die Erde gebildet hat, und dann für Milliarden von Jahren weit von der Sonne entfernt in der Oortschen Wolke eingefroren worden ist.


Künstlerische Darstellung des einzigartigen Objekts C/2014 S3 (PANSTARRS). Beobachtungen mit dem Very Large Telescope der ESO und dem Canada France Hawai`i Telescope zeigen, dass C/2014 S3 (PANSTARRS) das erste entdeckte Objekt ist, das sich auf einer Kometen-Umlaufbahn mit langer Periode befindet und die Eigenschaften eines urzeitlichen Asteroiden aus dem inneren Sonnensystem besitzt. Damit könnte es wichtige Anhaltspunkte liefern, wie sich das Sonnensystem gebildet hat.

Da sich das Objekt den Großteil seines Lebens außerhalb des inneren Sonnensystems aufgehalten hat, war es nur wenigen Kollisionen ausgesetzt und seine Oberfläche zeigt wenige oder gar keine Krater. Es hat sich in derselben Region wie die Erde gebildet, deshalb ist es weitestgehend felsig und zeigt dementsprechend nur sehr bedingte Kometen-Aktivität.

Herkunftsnachweis: ESO/M. Kornmesser

Beobachtungen mit dem Very Large Telescope der ESO und dem Canada France Hawai`i Telescope zeigen, dass C/2014 S3 (PANSTARRS) das erste entdeckte Objekt ist, das sich auf einer Kometen-Umlaufbahn mit langer Umlaufdauer befindet und die Eigenschaften eines urzeitlichen Asteroiden aus dem inneren Sonnensystem besitzt. Damit könnte es wichtige Anhaltspunkte liefern, wie sich das Sonnensystem gebildet hat.

In einer Studie, die heute in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht wird, kommen Erstautorin Karen Meech vom Institute for Astronomy der University of Hawai`i  und ihre Kollegen zu dem Schluss, dass C/2014 S3 (PANSTARRS) sich zur selben Zeit wie die Erde in den inneren Bereichen des Sonnensystems gebildet hat, jedoch bereits in einem sehr frühen Stadium hinausgeschleudert wurde.

Ihre Beobachtungen deuten darauf hin, dass es sich eher um einen sehr alten Gesteinsbrocken handelt, als um einen zeitgenössischen Asteroiden, der sich verirrt hat. Als solcher ist er einer der potentiellen Bausteine der Gesteinsplaneten wie die Erde, der aus dem inneren Sonnensystem vertrieben und für Milliarden von Jahren in der eisigen Umgebung der Oortschen Wolke konserviert wurde [1].

Karen Meech erläutert die unerwartete Beobachtung: „Wir kennen bereits unzählige Asteroiden, aber sie alle waren über Milliarden von Jahren hinweg der hohen Temperatur der Sonne ausgesetzt. Hier haben wir den ersten Asteroiden, den wir beobachten konnten, der noch nicht in die Nähe der Sonne gekommen ist: Er wurde in der besten Tiefkühltruhe konserviert, die es gibt.“

C/2014 S4 (PANSTARRS) wurde ursprünglich vom Pan-STARRS1-Teleskop als nur gering aktiver Komet entdeckt, der etwas mehr als doppelt so weit von der Sonne entfernt ist wie die Erde. Seine lange Umlaufdauer von derzeit etwa 860 Jahren legt nahe, dass sein Ursprung in der Oortschen Wolke zu finden ist und dass er erst vor vergleichsweise kurzer Zeit in eine Umlaufbahn geschubst wurde, die ihn näher an die Sonne heranbringt.

Das Team merkte sofort, dass C/2014 S3 (PANSTARRS) ungewöhnlich war, da er nicht den typischen Schweif hat, den die meisten Kometen mit langer Umlaufdauer besitzen, wenn sie der Sonne so nahe kommen. Daher wurde er fortan nach der gleichnamigen schwanzlosen Katze als Manx-Komet bezeichnet. Innerhalb weniger Wochen nach seiner Entdeckung konnte das Team mit dem Very Large Telescope der ESO in Chile Spektren des äußerst lichtschwachen Objekts aufnehmen.

Genauere Untersuchungen des Lichts, das von C/2014 S3 (PANSTARRS) reflektiert wird, weisen darauf hin, dass es sich um einen klassischen S-Typ-Asteroiden handelt, die normalerweise im Inneren Asteroidengürtel zu finden sind. Er sieht nicht aus wie ein typischer Komet, bei denen man davon ausgeht, dass sie sich im äußeren Sonnensystem gebildet haben und mehr Eis als Gestein enthalten. Es scheint, als dass seine Materie nur eine sehr geringe Entwicklung durchlaufen hat, was ein Hinweis darauf ist, dass sie für eine sehr lange Zeit tiefgefroren war. Die schwache kometenartige Aktivität, die C/2014 S3 (PANSTARRS) zugeschrieben wird und in Einklang mit der Sublimation von Wassereis steht, ist etwa eine Millionen Mal geringer als bei aktiven Kometen mit langer Umlaufdauer in vergleichbarer Entfernung zur Sonne.

Die Autoren schlussfolgern, dass dieses Objekt wahrscheinlich aus frischer Materie aus dem inneren Sonnensystem besteht, die in der Oortschen Wolke überdauern konnte und sich nun auf den Weg zurück in die inneren Bereiche des Sonnensystems macht.

Etliche theoretische Modelle sind in der Lage, den Aufbau unseres Sonnensystems zu reproduzieren. Ein bedeutender Unterschied zwischen diesen Modellen besteht darin, was sie für die Objekte vorausberechnen, aus denen die Oortsche Wolke besteht. Die verschiedenen Modelle prognostizieren aber erhebliche Unterschiede im Verhältnis von Eis- zu Gesteinsobjekten. Diese erstmalige Entdeckung eines Gesteinsobjekts aus der Oortschen Wolke ist somit ein wichtiger Test für die unterschiedlichen Vorhersagen der Modelle. Die Autoren schätzen, dass Beobachtungen von 50-100 dieser Manx-Kometen notwendig sind, um zwischen den derzeitigen Modellen unterscheiden zu können, was neue Möglichkeit bei der Untersuchung der Ursprünge des Sonnensystems eröffnen würde.

Ko-Autor Olivier Hainaut von der ESO in Garching schlussfolgert: „Wir haben den ersten Gesteinskometen gefunden, und wir suchen nach weiteren. Abhängig davon, wie viele wir finden, wird uns das Aufschluss darüber geben, ob die Gasplaneten als sie jung waren quer durchs Sonnensystem getanzt sind oder ob sie leise aufgewachsen sind, ohne sich groß zu bewegen.“

Endnoten

[1] Die Oortsche Wolke ist eine riesige Region, die die Sonne als gewaltige, dichte Seifenblase umgibt. Sie enthält schätzungsweise Billionen winziger Eiskörper. Gelegentlich erhält einer dieser Körper einen Stoß und fällt ins innere Sonnensystem, wo die Hitze der Sonne aus ihm einen Kometen macht. Man geht davon aus, dass diese Eiskörper aus der Region, in der sich die Riesen-Planeten in den frühen Tagen des Sonnensystems bildeten, herausgeschleudert wurden.

Weitere Informationen

Die hier vorgestellten Ergebnisse sind Inhalt des Fachartikels „Inner Solar System Material Discovered in the Oort Cloud“ von Karen Meech et al., der in der Zeitschrift Science Advances erschienen ist.

Die beteiligten Wissenschaftler sind Karen J. Meech (Institute for Astronomy, University of Hawai`i, USA), Bin Yang (ESO, Santiago, Chile), Jan Kleyna (Institute for Astronomy, University of Hawai`i, USA), Olivier R. Hainaut (ESO, Garching), Svetlana Berdyugina (Institute for Astronomy, University of Hawai’i, USA und Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik, Freiburg), Jacqueline V. Keane (Institute for Astronomy, University of Hawai`i, USA), Marco Micheli (ESA, Frascati, Italien), Alessandro Morbidelli (Laboratoire Lagrange/Observatoire de la Côte d’Azur/CNRS/Université Nice Sophia Antipolis, Frankreich) und Richard J. Wainscoat (Institute for Astronomy, University of Hawai`i, USA).

Die Europäische Südsternwarte (engl. European Southern Observatory, kurz ESO) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch 16 Länder: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Italien, die Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO verfügt über drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Chile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts und zwei Teleskope für Himmelsdurchmusterungen: VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt, arbeitet im Infraroten, während das VLT Survey Telescope (VST) für Himmelsdurchmusterungen ausschließlich im sichtbaren Licht konzipiert ist. Die ESO ist einer der Hauptpartner bei ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Auf dem Cerro Armazones unweit des Paranal errichtet die ESO zur Zeit das European Extremely Large Telescope (E-ELT) mit 39 Metern Durchmesser, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

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Dies ist eine Übersetzung der ESO-Pressemitteilung eso1614.

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