(Main) Der „Weltraumschneemann“ Arrokoth, wie er von der Raumsonde New Horizons gesehen wird (Inset) die durchschnittliche Temperatur unter der Oberfläche von Arrokoth (Bildnachweis: NASA, JOHNS HOPKINS UNIVERSITY APPLIED PHYSICS LABORATORY, AND SOUTHWEST RESEARCH INSTITUTE)
Das Kuipergürtel-Objekt mit dem Namen „486958 Arrokoth“, oder einfach „Arrokoth“, hat möglicherweise mehr mit einem Schneemann gemeinsam als nur seine Form. Neue Forschungsergebnisse legen nahe, dass in seinem frostigen Herzen uraltes Eis eingeschlossen ist.
Das Forschungsteam betrachtet diesen „Weltraumschneemann“, der auch als „Ultima Thule“ bekannt ist, als eine Fallstudie für andere Körper innerhalb des Kuipergürtels. Bei diesem Gürtel handelt es sich um einen eisigen Ring von Kometenobjekten, die sich jenseits der Umlaufbahn des Neptun in den äußeren Regionen unseres Sonnensystems befinden. Die Entdeckung von Arrokoth deutet also darauf hin, dass diese Körper, die Überreste von Material sind, das während der Entstehung der Planeten vor 4,5 Milliarden Jahren existierte, noch ihren ursprünglichen Eisgehalt enthalten könnten. Diese Eiskörper werden auch als „flüchtige Stoffe“ bezeichnet, weil sie so schnell verdampfen können.
Die Ergebnisse stellen frühere Modelle für die Entwicklung von Kuipergürtel-Objekten in Frage, die nur schwer erklären konnten, was mit den eisigen flüchtigen Bestandteilen in diesen kalten, weit entfernten Objekten geschieht. Diese Modelle basierten auf Annahmen, die möglicherweise unterschätzten, wie lange Kuiper-Gürtel-Objekte flüchtige Stoffe im Allgemeinen, insbesondere Kohlenmonoxid und Wasser, erhalten können.
Ähnlich wie auf der Erde Gas aus porösem Gestein entweicht, geht das Forschungsteam davon aus, dass Objekte im Kuipergürtel wie Arrokoth denselben Prozess mit ihrem Eis durchlaufen. Das Team glaubt jedoch, dass Objekte im Kuipergürtel ihr flüchtiges Eis über Milliarden von Jahren erhalten können, indem sie eine unterirdische Atmosphäre bilden, die den Eisverlust verlangsamt.
„Das Wichtigste ist, dass wir einen schwerwiegenden Fehler in dem physikalischen Modell korrigiert haben, von dem die Menschen seit Jahrzehnten für diese sehr kalten und alten Objekte ausgegangen sind“, sagte Orkan Umurhan, Co-Leiter des Teams und leitender Wissenschaftler des SETI-Instituts, in einer Erklärung. „Diese Studie könnte die Initialzündung für eine Neubewertung der Theorie über die innere Entwicklung und Aktivität von Kometen sein.“
Das Spitzer-Weltraumteleskop beobachtet den Kometen 29P/Schwassmann-Wachmann während eines explosiven Ausflusses. (Bildnachweis: NASA/JPL/Caltech/Ames Research Center/University of Arizona)
Bei der Neubewertung des Inneren von Kuipergürtel-Objekten könnte die Theorie des Teams auch erklären, warum einige dieser Körper zu „Eisbomben“ werden, die ein explosives Verhalten zeigen, wenn sie sich der Sonne nähern.
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Es könnte auch unser Verständnis von Kometen als Ganzes verändern und helfen, die intensiven Ausbrüche zu erklären, die wir beim Kometen 29P/Schwassmann-Wachmann auf seinem Weg durch das innere Sonnensystem gesehen haben.
Ein Diagramm von Arrokoth zeigt, wie sich die Sublimation nach unten bewegt und die oberen Schichten mit Gas füllt. (Bildnachweis: SETI Institute)
Das Modell des Teams legt nahe, dass Arrokoth aus einer Mischung aus Kohlenmonoxid und Wassereis besteht. Wenn der Komet die Sonne passiert, wird seine Oberfläche aufgeheizt, wodurch er durch Sublimation Eis und Gas verliert. Unter Sublimation versteht man die Umwandlung eines Festkörpers in ein Gas, wobei die flüssige Phase übersprungen wird.
Diese Sublimationsfront würde im Laufe der Zeit durch konserviertes Kohlenmonoxid-Eis, das in einer so genannten Wassereismatrix eingeschlossen ist, nach unten wandern. Das eingeschlossene Kohlenmonoxid-Eis beginnt ebenfalls zu sublimieren – doch anstatt dass dieses Eis entweicht, bewegt es sich nach oben und füllt die Poren in den oberen Schichten des simulierten Arrokoth.
Dadurch würde eine Atmosphäre im Körper von Arrokoth entstehen, erklärt das Team, die weiteres Gas am Entweichen hindert. Ein Komet mit einer solchen unterirdischen Atmosphäre würde heftig ausbrechen, wenn er wieder in die Nähe der Sonne kommt und mehr Oberflächenmaterial verliert, wodurch das angesammelte Gas schnell entweichen könnte.
Das Team, das hinter dieser Forschung steht, ist an der Comet Astrobiology Exploration Sample Return (CAESAR) Mission beteiligt. Bei dieser geplanten Mission sollen etwa 80 Gramm Oberflächenmaterial vom Kern des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko gesammelt und zur Laboranalyse zur Erde zurückgebracht werden.
Dies könnte dazu beitragen, diesen neuen Ansatz für das Innere von Kometen zu verifizieren, der Auswirkungen auf unser Verständnis der Entwicklung dieser wichtigen gefrorenen Überreste des frühen Sonnensystems hat.
Die Forschungsergebnisse des Teams sind in der Mai-Ausgabe 2024 der Zeitschrift Icarus zu finden.
