Seltsame Beschleunigung eines mysteriösen interstellaren Besuchers endlich erklärt: ScienceAlert

May 02, 2023

Für ein interstellares Objekt, das sich derzeit auf seiner langen Reise zurück aus unserem Sonnensystem befindet, gibt es trotz seiner seltsamen Eigenheiten eine völlig natürliche Erklärung.

Neue Forschungsergebnisse bestätigen, dass die besondere Beschleunigung von 'Oumuamua vollständig auf die Freisetzung von molekularem Wasserstoffgas zurückzuführen ist.

Laut der Astrochemikerin Jennifer Bergner von der University of California in Berkeley und dem Astrophysiker Darryl Seligman von der Cornell University ist dies ein weiterer Beweis dafür, dass der zigarrenförmige Gesteinsbrocken als Planetenkeim begann, bevor er losgeschickt wurde, um losgelöst durch die Galaxie zu wandern Stern.

Es handelt sich um eine elegante Lösung, die, wie die Forscher schreiben, „viele der besonderen Eigenschaften von Oumuamua erklären kann, ohne dass eine Feinabstimmung erforderlich ist“ – oder auf außergewöhnliche Behauptungen über die Natur des Objekts zurückgegriffen werden muss.

„Oumuamua erschien zum ersten Mal im Oktober 2017 an unserem Horizont, nur einen Monat nachdem es der Sonne am nächsten gekommen war, eine Schleife um das Sonnensystem herumführte und auf seiner weiteren Reise durch den Kosmos wieder aus dem Sonnensystem herausflog.

So etwas hatten wir damals – und auch seitdem nicht – in unserem Heimatsystem nicht gesehen, und es ist für Astronomen immer noch äußerst interessant.

Erstens ist es seine Form. „Oumuamua ist lang und dünn wie eine Zigarre und misst bis zu 400 Meter (0,25 Meilen) Länge. Kein anderer Komet oder Asteroid im Sonnensystem hat diese Form.

„Oumuamua dreht sich im Laufe der Zeit auch irgendwie, wie eine Flasche, die auf der Seite liegt. Und obwohl das Objekt kein Eis zu enthalten scheint und keine Gase ausstößt, die wir erkennen könnten, wie es bei einem Kometen der Fall wäre, kann seine Flugbahn nicht allein durch die Schwerkraft erklärt werden, wie dies bei der Flugbahn eines Asteroiden der Fall wäre.

Das Ausgasen von Kometen, wenn ihr Eis sublimiert, gibt Kometen eine zusätzliche Beschleunigungsquelle, was mit den Beobachtungen von Astronomen bei 'Oumuamua übereinstimmt. Dies deutet darauf hin, dass er sowohl einem Kometen als auch einem Asteroiden ähnelt.

In den Jahren seit seinem Besuch haben Wissenschaftler herausgefunden, dass es sich bei Oumuamua wahrscheinlich um einen Splitter handelt, der von einem Planetesimal abgebrochen ist, einem Babyplaneten, der sich noch im Entstehungsprozess befindet und mit einem anderen Objekt kollidiert ist.

Solche Kollisionen sind in einem sich bildenden Planetensystem keine Seltenheit; Es wird angenommen, dass unsere eigene Erde von einem anderen Objekt in der Größe eines Planeten zerschmettert wurde und ein Stück abbrach, aus dem der Mond entstand. Im Fall von 'Oumuamua wurde der Splitter des Planetesimals vollständig aus seinem System herausgeschleudert.

Im Jahr 2020 war Seligman Mitautor eines Artikels, in dem er vorschlug, dass die Beschleunigung von Oumuamua auf die Sublimation von molekularem Wasserstoff (H2) zurückzuführen sei.

Molekularer Wasserstoff ist im Weltraum nur sehr schwer nachzuweisen, da er weder Licht emittiert noch reflektiert; Wenn 'Oumuamua molekularen Wasserstoff ausgasen würde, könnten wir ihn nicht so sehen, wie wir normalerweise Spuren von Kometenaktivität sehen.

Andererseits wurde vermutet, dass es unwahrscheinlich ist, dass Oumuamua ein Eisberg aus molekularem Wasserstoff ist, wie die Forscher im Jahr 2020 vorgeschlagen haben. Daher wandten sich Bergner und Seligman wieder der Modellierung zu, um zu bestimmen, wie das Objekt molekularen Wasserstoff enthalten (und sublimieren) könnte.

Sie fanden heraus, dass die Erklärung durch die Bestrahlung eines Körpers, der reich an Wassereis ist, plausibel ist.

Wenn ionisierende Strahlung auf das Objekt trifft, würden radiolytische Prozesse die Wassermoleküle spalten und molekularen Wasserstoff erzeugen.

„In diesem Modell“, schreiben sie in ihrer Arbeit, „begann Oumuamua als eisiges Planetesimal, das während seiner interstellaren Reise bei niedrigen Temperaturen durch kosmische Strahlung bestrahlt wurde und während seines Durchgangs durch das Sonnensystem eine Erwärmung erfuhr.“

Eine Reihe vorhandener experimenteller Beweise zeigt, dass durch die Verarbeitung von Wassereis (H2O) H2 konsistent und effizient abgetrennt werden kann. Der größte Teil des H2 bleibt in der Wassermatrix eingeschlossen, bis es auf einen bestimmten Temperaturbereich erhitzt wird; Wenn das Wasser erhitzt und ausgeglüht wird, entweicht der molekulare Wasserstoff.

Die Sublimation von Wassereis selbst würde, so die Forscher, nur bis zu 50 Prozent der beobachteten Beschleunigung erzeugen. Molekularer Wasserstoff erklärt es jedoch recht gut.

'Oumuamua ist jetzt ziemlich weit entfernt und reist schnell; Es gibt keine wirkliche Möglichkeit, es jetzt genauer zu betrachten als die Beobachtungen, die wir bereits gemacht haben.

Ob das Team also mit dem molekularen Wasserstoff recht hat, bleibt eine offene Frage.

Es erfüllt jedoch, sagen sie, alle Kriterien, und sie können es testen, indem sie andere Objekte betrachten – kleine Körper des äußeren Sonnensystems und andere interstellare Objekte, die in der Zukunft entdeckt werden –, die keine Gravitationsbeschleunigung zeigen, ohne dass Spuren von Kometenaktivität erkennbar sind .

„Zukünftige Entdeckungen kleiner Körper mit nicht-gravitativer Beschleunigung und schwacher Koma könnten Einblicke in die Ursprünge von Oumuamua liefern“, schreiben Bergner und Seligman, „obwohl es das Sonnensystem schon lange verlassen hat.“

Die Forschung wurde in Nature veröffentlicht.

Update 29. März 2023:Nach der Veröffentlichung dieses Artikels wandte sich der Astrophysiker Avi Loeb von der Harvard University – der zuvor vermutet hatte, dass Oumuamua ein Objekt außerirdischen Ursprungs sein könnte – an ScienceAlert und behauptete, die neue Studie von Bergner und Seligman enthalte Fehleinschätzungen hinsichtlich der Oberflächentemperatur von Oumuamua.

Loebs Widerlegung – detailliert in einem neuen Preprint-Artikel, der vom Astrophysiker Thiem Hoang vom Korea Astronomy and Space Science Institute mitverfasst wurde – legt nahe, dass die Fehlkalkulationen die thermische Geschwindigkeit der Ausgasung von Wasserstoff beeinflussen und ihr Modell unhaltbar machen würden.

Als Antwort auf dieses Argument sagte Bergner gegenüber ScienceAlert: „Wir haben mehrere Gründe identifiziert, warum die Einbeziehung von Effekten wie der H2-Verdunstungskühlung und der durch das Glühen von Wassereis freigesetzten Wärme unsere Schlussfolgerungen wahrscheinlich nicht ändern wird. Wir zählen diese gerne auf.“ Aus diesen Gründen glauben wir, dass es die beste unmittelbare Vorgehensweise ist, das Hoang-Loeb-Papier dem unabhängigen Peer-Review-Verfahren zur Bewertung zu überlassen.“