Interstellare Objekte – Boten aus der Galaxie

Interstellare Objekte sind Himmelskörper, die nicht gravitativ an einen Stern oder ein Planetensystem gebunden sind und sich frei durch den interstellaren Raum bewegen. Ihre Existenz wurde lange Zeit theoretisch vorhergesagt, bevor im Jahr 2017 das erste bestätigte Objekt, ‚Oumuamua, entdeckt wurde. Diese Objekte bieten Astronomen einzigartige Einblicke in die Materie, die in anderen Sternsystemen oder in den Entstehungsphasen von Galaxien gebildet wurde. Sie dienen als Proben, die möglicherweise Informationen über die chemische Zusammensetzung und die physikalischen Bedingungen ferner Himmelsregionen zu uns transportieren. Ihre Bahnen sind hyperbolisch, was beweist, dass sie sich nicht in einer geschlossenen Umlaufbahn um unsere Sonne befinden. Die Geschwindigkeit, mit der sie unser Sonnensystem durchqueren, ist oft sehr hoch und übersteigt die Fluchtgeschwindigkeit der Sonne deutlich.

Die Entdeckung interstellaren Materials ist ein relativ neues Feld in der Astronomie, das erst durch leistungsstarke neue Teleskope möglich wurde. Teleskope wie das Pan-STARRS in Hawaii spielen eine entscheidende Rolle bei der systematischen Suche nach diesen flüchtigen Besuchern. Das zweite bekannte interstellare Objekt, der Komet 2I/Borisov, wurde im Jahr 2019 entdeckt. Im Gegensatz zu ‚Oumuamua, das eher einem länglichen, asteroidenähnlichen Körper glich, zeigte 2I/Borisov deutliche Kometenaktivität mit einem sichtbaren Koma und einem Schweif. Seine Zusammensetzung lieferte erste Hinweise darauf, dass es sich um einen relativ unveränderten Körper aus einem anderen Sternsystem handelt. Die Beobachtung dieses Kometen erlaubte es Wissenschaftlern, seine chemischen Signaturen zu analysieren.

Die Herkunft dieser Objekte ist vielfältig und Gegenstand aktueller Forschung. Es wird angenommen, dass sie während der chaotischen Frühphase der Planetenentstehung aus ihren Heimatsystemen herausgeschleudert wurden. Solche gravitativen Wechselwirkungen mit massereichen Planeten könnten die kleineren Körper auf eine Bahn gebracht haben, die sie in den interstellaren Raum befördert hat. Die Anzahl der interstellaren Objekte, die unser Sonnensystem passieren, wird auf eine beträchtliche Zahl geschätzt, auch wenn die meisten zu klein oder zu weit entfernt sind, um entdeckt zu werden. Schätzungen deuten darauf hin, dass möglicherweise Tausende solcher Objekte ständig unterwegs sind. Ihre Beobachtung kann helfen, Modelle der Planetenentstehung und der Dynamik von Sternsystemen zu verfeinern.

Die Untersuchung der Beschaffenheit von ‚Oumuamua war besonders rätselhaft, da seine nicht-gravitative Beschleunigung nicht vollständig durch einfache Kometenaktivität erklärt werden konnte. Einige Forscher spekulierten über andere mögliche Ursachen für diese unerwartete Bewegung, was eine lebhafte wissenschaftliche Debatte auslöste. Die Beobachtung von 2I/Borisov hingegen passte besser zu den Erwartungen an einen interstellaren Kometen. Die weitere Entdeckung und Analyse dieser Objekte ist entscheidend für unser Verständnis der galaktischen Materialverteilung. Jedes neue interstellare Objekt liefert eine einzigartige Momentaufnahme eines fernen Sternsystems. Zukünftige Teleskop-Generationen werden die Rate dieser Entdeckungen voraussichtlich dramatisch erhöhen. Diese Himmelskörper sind somit nicht nur faszinierende Einzelgänger, sondern auch wichtige Boten aus den Tiefen des Weltraums. Sie erweitern unseren Horizont weit über die Grenzen unseres eigenen Sonnensystems hinaus. Die systematische Erfassung und Katalogisierung dieser Objekte ist ein wichtiges Ziel der modernen Astroforschung. Die Erforschung interstellaren Materials ist ein dynamisches und schnell wachsendes Forschungsgebiet.

Die Struktur interstellarer Objekte (ISO) ist extrem vielfältig und wird hauptsächlich durch die beiden bisher gut untersuchten Besucher, 1I/’Oumuamua und 2I/Borisov, definiert, da sie sehr unterschiedliche Naturen aufweisen.

1I/’Oumuamua: Der rätselhafte Besucher

Die Struktur von ‚Oumuamua ist besonders spekulativ, da keine Koma (Staub- und Gashülle) oder kein Schweif beobachtet wurde, was zunächst auf einen Asteroiden hindeutete.

• Form und Größe: Aus Beobachtungen der Lichtkurve wird auf eine extrem langgestreckte Form geschlossen, die oft als zigarrenförmig oder flach und pfannkuchenähnlich beschrieben wird. Die Abmessungen könnten im Verhältnis von etwa 10:1 (z. B. 360 m×36 m) liegen.
• Zusammensetzung der Oberfläche: Die Oberfläche erschien rötlich und sehr dunkel (niedrige Albedo), was typisch für kohlenstoffreiche, organische Verbindungen ist, die durch kosmische Strahlung verarbeitet wurden.
• Innere Struktur: Die nicht-gravitative Beschleunigung des Objekts, die nicht durch sichtbares Ausgasen erklärt werden konnte, führte zu der Hypothese, dass es aus tiefgefrorenen, flüchtigen Eisarten wie Stickstoffeis oder Wasserstoff bestehen könnte, die unter der schützenden Kruste sublimieren, ohne eine sichtbare Koma zu erzeugen. Es wurde auch eine feste, dichte Kruste vermutet, die das Innere schützt.

2I/Borisov: Der interstellare Komet

Im Gegensatz dazu zeigte 2I/Borisov eine Struktur, die deutlich der eines Kometen aus unserem eigenen Sonnensystem ähnelt, war aber in mancher Hinsicht ursprünglicher.

• Kernstruktur: Er besitzt einen Kometenkern aus Eis, Staub und lockerem Gestein, ähnlich den Kometen der Oortschen Wolke. Der Durchmesser des Kerns wird auf nur wenige hundert Meter geschätzt (z. B. 0,2 bis 3 km).
• Koma und Schweif: Borisov entwickelte eine deutliche Koma aus Gas und Staub und einen Schweif, als er sich der Sonne näherte, was typisch für Kometen ist. Dies war das erste direkte Indiz für flüchtige Materialien in einem interstellaren Objekt.
• Staubstruktur: Analysen deuten darauf hin, dass die Staubteilchen in der Koma klein und „fluffig“ (locker aufgebaut) sind.
• Chemische Zusammensetzung: Die chemische Signatur zeigte eine ungewöhnlich reiche Zusammensetzung an organischen Verbindungen (z. B. Kohlenmonoxid und Wasser), die auf eine Entstehung in einer kalten Region eines anderen Planetensystems hindeutet.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ISOs keine einheitliche Struktur aufweisen: Sie umfassen sowohl asteroidenähnliche und höchst ungewöhnliche Körper wie ‚Oumuamua als auch kometenähnliche, eisige Körper wie Borisov.

Woher kommen die interstellaren Objekte?

Herkunft und Auswurfmechanismen

Die meisten Astronomen gehen davon aus, dass ISOs als Nebenprodukte der Planetenentstehung in ihren Heimatsystemen entstanden sind.

• Gravitativer „Kick“ durch Riesenplaneten: Der primäre Mechanismus für ihre Freisetzung ist die gravitative Streuung. Während der turbulenten Entstehungsphase eines Planetensystems können junge, massive Planeten (wie Jupiter oder Saturn in unserem System) kleinere Körper – wie Kometen oder Asteroiden – durch starke Gravitationswechselwirkungen aus dem System katapultieren. Diese Körper erreichen dann die Fluchtgeschwindigkeit ihres Heimatsystems und werden in den interstellaren Raum geschleudert.
• Auswurf aus der Oortschen Wolke anderer Sterne: Es wird angenommen, dass die meisten ISOs Kometenkerne sind, die aus den äußeren, eisigen Regionen (der Äquivalente der Oortschen Wolke anderer Sterne) durch ähnliche Mechanismen oder durch nahe Begegnungen mit anderen Sternen herausgeschleudert wurden.
• Herkommen aus der Milchstraßenscheibe: Neueste Forschungen, zum Beispiel zum dritten bekannten ISO 3I/ATLAS, deuten darauf hin, dass einige dieser Objekte möglicherweise aus der dicken Scheibe (thick disk) der Milchstraße stammen könnten und somit deutlich älter sind als unsere Sonne.

Die Herkunft der Besucher

• ‚Oumuamua (1I/2017 U1): Die Flugbahn wies auf eine Herkunftsrichtung aus dem Sternbild Leier hin, nicht weit entfernt vom Stern Wega. Aufgrund seiner seltsamen, nicht-gravitativen Beschleunigung ohne sichtbares Ausgasen ist der genaue Ursprung und seine Natur (wahrscheinlich ein Stickstoffeis-Fragment eines Exoplaneten) noch Gegenstand intensiver Debatten.
• Borisov (2I/2019 Q4): Rückrechnungen der Bahn deuteten als möglichen Ursprung das Doppelsternsystem Kruger 60 an. Im Gegensatz zu ‚Oumuamua verhielt sich Borisov wie ein typischer interstellarer Komet mit Koma und Schweif.

Merkmale Interstellarer Objekte