Das Rätsel des kosmischen Schneemanns gelöst: Wissenschaftler klären Arrokoths eigenartige Entstehung

Deutschland - Ekhbary Nachrichtenagentur

Das Rätsel des kosmischen Schneemanns gelöst: Wissenschaftler klären Arrokoths eigenartige Entstehung

Am 1. Januar 2019 schrieb die NASA-Mission New Horizons Geschichte, als sie als erste Raumsonde einen engen Vorbeiflug an Arrokoth durchführte, einem Kuipergürtelobjekt (KBO) jenseits der Umlaufbahn des Pluto. Doch die größere Errungenschaft war nicht nur der Vorbeiflug, sondern die Bilder, die sie aufnahm und die ein Objekt mit einem markanten schneemannförmigen Profil enthüllten, was Astronomen weltweit überraschte und verwirrte. Seitdem haben Wissenschaftler intensiv darüber diskutiert, wie solche eigenartigen Objekte in den eisigen, fernen Regionen unseres Sonnensystems entstehen könnten. Nun glauben Forscher der Michigan State University (MSU), die Antwort gefunden zu haben, und sie ist bemerkenswert einfach: Gravitationskollaps.

Arrokoth befindet sich im Kuipergürtel, einer riesigen, eisigen Region jenseits der Neptunbahn, bevölkert von Millionen eisiger Körper, die oft als „Iceteroide“ bezeichnet werden. Diese Objekte sind unberührte Überreste aus den frühen Tagen des Sonnensystems und bewahren Bedingungen und Zusammensetzungen von vor fast 4,5 Milliarden Jahren. Planetesimale, die Bausteine der Planeten, bildeten sich ebenfalls aus der rotierenden Scheibe aus Gas und Staub, die unsere junge Sonne nach ihrem eigenen Gravitationskollaps umgab. Was Arrokoth so rätselhaft machte, war die Tatsache, dass etwa 1 von 10 dieser KBOs tatsächlich „Kontaktbinäre“ sind – zwei getrennte Objekte, die auf eine bemerkenswert sanfte Weise miteinander verschmolzen sind und einzigartige Formen wie den Schneemann ergeben.

Frühere Computermodelle hatten lange Zeit Schwierigkeiten, diese Formation zu erklären. Diese Modelle, oft basierend auf Fluiddynamik, hatten die Möglichkeit, dass Objekte solch einzigartige und stabile Formen annehmen, effektiv ausgeschlossen. Darüber hinaus konnten andere Theorien, die einzigartige Ereignisse oder seltene Phänomene postulierten, die beobachtete Häufigkeit dieser Kontaktbinäre nicht erklären. Die Herausforderung bestand darin, einen Mechanismus zu finden, der nicht nur Arrokoths spezifische Form, sondern auch seine Zugehörigkeit zu einer weiter verbreiteten Klasse kosmischer Objekte erklären konnte.

Hier kommt das Team der Michigan State University ins Spiel, geleitet vom Doktoranden Jackson Barnes und unter der Leitung von Professor Seth Jacobson, einem Hauptautor des Papiers. Das Team entwickelte bahnbrechende Simulationen unter Verwendung des Hochleistungsrechenclusters der MSU am Institute for Cyber-Enabled Research (ICER). Im Gegensatz zu ihren Vorgängern waren diese Simulationen die ersten, die auf den Prinzipien des Gravitationskollapses basierten. Die Ergebnisse waren frappierend: Die Simulationen reproduzierten nicht nur erfolgreich Arrokoths markantes Schneemannprofil, sondern schufen auch ein realistischeres Szenario, in dem diese Objekte regelmäßig entstehen. Wie Professor Jacobson in einer Pressemitteilung der MSU erklärte: „Wenn wir davon ausgehen, dass 10 Prozent der Planetesimalobjekte Kontaktbinäre sind, kann der Prozess, der sie bildet, nicht selten sein. Gravitationskollaps passt gut zu dem, was wir beobachtet haben.“

Die Simulationen illustrieren einen faszinierenden Prozess: Im frühen Sonnensystem, als sich Planetesimale aus der rotierenden Materiescheibe bildeten, wurden diese Objekte manchmal durch die Rotationskraft der Scheibe auseinandergerissen, wodurch zwei getrennte Objekte entstanden, die sich dann umeinander drehten. Mit der Zeit spiralierten die Umlaufbahnen dieser Objekte allmählich nach innen, bis sie sich berührten und verschmolzen, wobei sie entscheidend ihre ursprünglichen runden Formen beibehielten. Dieser sanfte Verschmelzungsprozess ist der Schlüssel zur Erhaltung des charakteristischen schneemannähnlichen Aussehens, da er keine heftigen Kollisionen beinhaltet, die die Struktur verformen würden.

Darüber hinaus zeigten ihre Ergebnisse, dass diese Kontaktbinäre intakt bleiben, indem sie Kollisionen mit anderen Objekten effektiv vermeiden, eine Beobachtung, die perfekt mit den realen Daten übereinstimmt; die meisten Binärsysteme zeigen keine Anzeichen von Kratern. Diese Entdeckung bestätigt etwas, das Wissenschaftler seit einiger Zeit vermuteten, aber nicht empirisch testen konnten. Das von Barnes und seinen Kollegen entwickelte Modell ist das erste, das Kontaktbinäre erfolgreich reproduziert, indem es die notwendige Physik genau berücksichtigt. Das Team hört hier nicht auf; sie arbeiten derzeit an einer neuen Simulation, um den Gravitationskollapsprozess besser zu modellieren, von dem sie hoffen, dass er andere exotische Objekte vorhersagen wird, die im äußeren Sonnensystem entdeckt werden. Diese wegweisende Forschung, „Direkte Kontaktbinär-Planetesimalbildung aus Gravitationskollaps“, wurde in den *Monthly Notices of the Royal Astronomical Society* (MNRAS) veröffentlicht und eröffnet ein neues Kapitel in unserem Verständnis der Ursprünge unseres Sonnensystems.

Ekhbary Nachrichtenagentur