2I/Borisov: Interstellarer Komet fasziniert die Forschung

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Unser Sonnensystem ist voller Kometen, deren Vorbeisausen wir seit Jahrhunderten verfolgen. Bisher waren darunter jedoch nur zwei Besucher von außerhalb des Sonnensystems. Da ist einmal der interstellare Asteroid ʻOumuamua, von dem Astronomen glauben, dass er ein pfannkuchenartig flacher Felsbrocken ist und aus den Überresten eines – dem Pluto ähnelnden – Exoplaneten stammt. Er ist so seltsam, dass manche ihn für ein außerirdisches Raumschiff halten.

Und dann ist da noch 2I/Borisov, der zunächst nach einem ziemlich gewöhnlichen Kometen aussah. Er wurde im August 2019 entdeckt und machte sich im darauffolgenden Dezember auf den Weg um die Sonne. In diesen Monaten wiesen die meisten Daten auf normales Kometenbaumaterial hin: Wassereis, Staub und gasförmige Materialien.

Zwei neue Fachartikel liefern nun neue verlockende Einblicke, einschließlich der Tatsache, dass es sich möglicherweise um einen der unberührtesten Kometen handelt, der jemals untersucht wurde. Die Daten legen auch nahe, dass Borisov aus einem Sternensystem stammen könnte, das sich nicht allzu sehr von unserem unterscheidet.

Wie Kometen entstehen

Wir wissen, dass sich die Kometen unseres Sonnensystems in dessen frühen Entstehungsstadien gebildet haben, als eine Menge Material herumwirbelte und zu einzelnen Körpern verschmolz. Um zu überleben, mussten die hauptsächlich aus Eis bestehenden Kometen weit genug von der Sonne entfernt entstehen, damit Hitze und Strahlung sie nicht sofort zum Schmelzen bringt. Andere Sternensysteme lassen Kometen vermutlich auf die gleiche Weise entstehen. Je weiter sie von der Strahlung des Sterns entfernt sind, desto mehr behalten sie ihre ursprüngliche Zusammensetzung und Chemie aus ihrer Entstehung vor etwa 4,5 Milliarden Jahren bei. Diese „makellose“ Qualität bedeutet, dass Kometen wie konservierte Zeitkapseln aus der Kindheit dieser Sternensysteme sind.

Insbesondere Kometenstaub verrät, woraus das Sonnensystem gemacht war, als es zum ersten Mal Kometen hervorbrachte. Dasselbe Prinzip kann theoretisch für interstellare Kometen gelten. „Wenn wir die Zusammensetzung und Struktur von Staubpartikeln im sogenannten Staubkoma von 2I/Borisov untersuchen, können wir fundierte Vermutungen über die Formationsbedingungen und -orte des Staubes anstellen“, sagt Bin Yang, Astronom bei der Europäischen Südsternwarte (ESO) und Hauptautor einer der Studien. Das Koma ist die trübe äußere Hülle aus Gas und Staub, die beim Erhitzen des Kometen durch die Sonne ausgestoßen wird.

Die erste Studie, die von Stefano Bagnulo am Armagh Observatory und Planetarium in Großbritannien durchgeführt wurde, konzentriert sich auf reflektiertes Licht. Lichtwellen schwingen normalerweise in viele verschiedene Richtungen gleichzeitig. Bei polarisiertem Licht jedoch schwingen sie nur in eine bestimmte Richtung. Wird Licht durch das Koma eines Kometen polarisiert, kann die Untersuchung dieses Lichts Informationen über die Größe und Zusammensetzung des Staubes liefern. Das wiederum hilft zu verstehen, wie der Komet entstanden ist und bietet auch einen Einblick in die Geschichte seines ursprünglichen Sternensystems.

Das Very Large Telescope hilft

Die neuen vom Very Large Telescope der ESO gesammelten Daten zeigen, dass das von Borisov reflektierte und durch sein Koma gefilterte Licht stärker polarisiert ist als das Licht von allen anderen Objekten, die im Sonnensystem untersucht wurden. Das ist ein Zeichen dafür, dass die Partikel des Komas klein und sehr fein sind und dass sie durch die Strahlung und Hitze eines Sterns nicht stark gestört wurden. Diese würden andernfalls dazu führen, dass größere Stücke zufällig von der Oberfläche ausgestoßen werden.

Die Autoren schließen daraus, dass Borisov vielleicht eines der unberührtesten Objekte ist, die jemals entdeckt wurden. Das einzige Objekt mit einer ähnlichen Polarisation ist C/Hale-Bopp, der vielleicht hellste beobachtete Komet, und sicherlich einer der am häufigsten untersuchten Kometen des 20. Jahrhunderts. Astronomen nehmen an, dass Hale-Bopp der Sonne nur einmal vor seinem jüngsten Sonnenvorbeiflug 1997 nahe gekommen ist. Die Autoren glauben daher, dass ähnliche Bedingungen sowohl zur Entstehung von Borisov als auch von Hale-Bopp in zwei verschiedenen Sternensystemen geführt haben könnten.

Derweil hatte sich das von Yang geleitete Team daran gemacht, Borisovs Entstehung zu verstehen, indem es mithilfe des Very Large Telescopes sowie des Atacama Large Millimeter/Submillimeter Arrays (ALMA) die Wärme von großen Partikeln im Kometen-Koma erfasste. Ihren Beobachtungen zufolge besteht Borisovs Koma aus kompakten, millimetergroßen Körnern, also quasi Kieselsteinen, die für einen Kometen ungewöhnlich groß sind. Sie sind reich an Kohlenmonoxid und Wasser. Wahrscheinlich entstanden sie zuerst im inneren Bereich des Sternensystems, bevor sie nach außen transportiert wurden und sich allmählich mit verschiedenen Eisarten vermischten, die weiter vom Stern entfernt gebildet wurden.

Ähnlichkeit zu Hale-Bopp

Es wird angenommen, dass diese durch riesige Planeten ausgelöste „Gravitationsregungen“ in unserem eigenen Sonnensystem stattgefunden haben und auch bei Hale-Bopps Entstehung geholfen haben. Borisov kam im Grunde als Agglomeration von Material aus verschiedenen Teilen seines Sternensystems zusammen.

Insgesamt verraten die Ergebnisse noch mehr interessantes. Die Fülle von Kohlenmonoxid und Wasser im Staub legt nahe, dass sich der Komet in Umgebungen mit niedriger Temperatur, also weit entfernt von einem Stern befunden hat, in denen diese Verbindungen fast sein ganzes Leben lang kalt und stabil geblieben sein könnten. Die Entdeckung seiner Makellosigkeit unterstützt diese These.

Die Ähnlichkeiten zwischen Borisov und Hale-Bopp sowie Hinweise darauf, dass die Sternensysteme beider Kometen Gravitationsregungen erfahren haben, legen zudem nahe, dass die Entwicklung unseres Sonnensystems möglicherweise nicht ungewöhnlich ablief. Dies würde auch darauf hindeuten, dass die Bedingungen, unter denen ein bewohnbarer Planet wie die Erde entsteht, in der Galaxie häufiger vorkommen als gedacht.

Blick ins Koma

Möglicherweise ist Borisovs Heimsternsystem aber doch exotischer als gedacht. Neil Dello Russo, ein Astronom an der Johns Hopkins University, der nicht an der Studie beteiligt war, zeigte sich überrascht, dass die Kohlenmonoxid- und Wasserwerte höher lagen, als es bisher bei Kometen aus unserem Sonnensystem beobachtet wurde.

Andere Fragen bleiben dagegen offen. Die neuen Erkenntnisse können uns immer noch nicht genau sagen, wann sich die Kieselsteine im Koma gebildet haben oder woraus sie bestehen. Die Autoren beider Fachartikel vertreten darüber unterschiedliche Ansichten. Yangs Publikation betont die Entdeckung großer Kieselsteine im Koma, während Bagnulos Papier darauf hinweist, dass das Koma von rauchartigen kleinen Körnern dominiert wird, was zu einer extremen Polarisation des Lichts führen kann.

Michael Kelley, ein nicht an den Studien beteiligter Kometenwissenschaftler von der University of Maryland, glaubt jedoch, dass das wahrscheinlich „nur eine Folge von verschiedenen Techniken“ ist, die jeweils den Nachweis eines bestimmten Partikeltyps begünstigen. Zukünftige Analysen sollten in der Lage sein, beide Datensätze zu vergleichen, zu kombinieren und bei Nachfolgern von Borisov in Einklang zu bringen. (vsz)