Eine spiralförmige Struktur, die sich aus Milliarden von Kometen im inneren Sonnensystem zusammensetzt.(Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Spiralen sind ein immer wiederkehrendes Thema in der Astronomie, wobei unsere Heimatgalaxie, die Milchstraße, wohl das berühmteste Beispiel für eine wirbelnde bewaffnete Struktur ist. Jetzt haben Wissenschaftler mit Hilfe eines leistungsstarken NASA-Supercomputers namens „Pleiades“ eine weitere Spiralstruktur am Rande unseres Sonnensystems entdeckt. Die Spirale besteht aus Milliarden von Eiskörpern, die von einer Hülle aus Kometen, der so genannten Oortschen Wolke, umgeben sind. Obwohl die Oortsche Wolke am Rande unseres eigenen Planetensystems liegt und etwa 99.000 Mal so breit ist wie die Entfernung zwischen Erde und Sonne, tappten die Wissenschaftler bisher im Dunkeln, was die Struktur der Oortschen Wolke betrifft. Die neuen Erkenntnisse geben den Forschern jedoch einen wichtigen Hinweis auf das Objekt: „Wir haben herausgefunden, dass einige Kometen in der inneren Oortschen Wolke, die zwischen 1.000 au und 10.000 au liegen, eine lang anhaltende Spiralstruktur bilden“, sagt Luke Dones, Mitglied des Studienteams und leitender Wissenschaftler am Southwest Research Institute, gegenüber kosmischeweiten.de. (Das Maß „au“ steht für „astronomische Einheit“, und ein au entspricht der Entfernung zwischen Erde und Sonne).
„Wir waren ziemlich überrascht“, so Dones weiter. „Spiralen sieht man in den Ringen des Saturns, in Scheiben um junge Sterne und in Galaxien. Das Universum scheint Spiralen zu mögen!“
Obwohl sie im Vergleich zu der Spirale, die die Struktur der Milchstraße bildet, unbedeutend ist, fanden Dones und Kollegen heraus, dass diese Eisspirale der Oortschen Wolke etwa 15.000 Au lang ist. Die Spirale verläuft senkrecht oder in einem Winkel von 90 Grad zur Ebene der Milchstraße. „Nur ein kleiner Teil der Kometen in der Oortschen Wolke befindet sich in dieser Spirale“, fügte Dones hinzu, „aber das sind immer noch Milliarden von Kometen. “Das Team kam auch zu dem Schluss, dass es sich nicht um eine vorübergehende Struktur handelt; sie ist langlebig und besteht in der inneren Oortschen Wolke bis zum heutigen Tag fort. Das bedeutet, dass sie immer noch da draußen ist, um beobachtet zu werden, aber solche Beobachtungen wären keine leichte Aufgabe.
Just chillin‘ at the edge of the solar system
Zur Erläuterung: Die Oortsche Wolke ist eine kugelförmige Hülle aus Kometen und Eiskörpern, die jenseits der Umlaufbahn des Neptun existiert, der etwa 4,5 Milliarden Kilometer von der Sonne entfernt ist. Es wird angenommen, dass diese Hülle die äußere Grenze des Sonnensystems markiert und die Quelle von Kometen ist, die das innere Sonnensystem, die Gasriesen Jupiter und Saturn sowie die inneren Gesteinsplaneten Mars, Erde, Venus und Merkur besuchen.
Die Population der Oortschen Wolke, die oft als „transneptunische Körper“ bezeichnet wird, besteht theoretisch aus Material, das bereits bei der Entstehung der Planeten unseres Sonnensystems vor etwa 4,5 Milliarden Jahren vorhanden war.
Ein Diagramm, das die Entfernungen von der Sonne zu verschiedenen Merkmalen des Sonnensystems, einschließlich der Oortschen Wolke, zeigt. (Bildnachweis: NASA / JPL-Caltech)
„Unsere Simulationen folgen den Bahnen von Millionen von ‚Testteilchen‘, die Kometen für das Alter des Sonnensystems, etwa 4,5 Milliarden Jahre, darstellen“, sagte Dones. „Die Simulationen benötigen so viel Rechenzeit, dass wir einen Supercomputer einsetzen müssen.“
Dones fügte hinzu, dass das Visualisierungsteam des American Museum of Natural History (AMNH) die Oortsche Wolke zuerst sah.
Ein Diagramm, das die Struktur des Sonnensystems und seine Hülle aus Eiskörpern zeigt. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Obwohl es nicht unmöglich wäre, diese entfernte Spirale mit astronomischen Beobachtungen zu entdecken, wäre die Aufgabe äußerst knifflig. Dies erklärt, warum das Wissen über die Struktur der Oortschen Wolke den Wissenschaftlern bisher entgangen ist.
„Entfernte Objekte, die im reflektierten Sonnenlicht gesehen werden, sind sehr schwach – die Helligkeit nimmt mit der umgekehrten vierten Potenz der Entfernung ab“, so Dones. „Wenn die Erde am inneren Rand der Oortschen Wolke bei 1.000 Au stehen würde, wäre sie nur in einem sehr großen Teleskop sichtbar. Kometen sind viel kleiner, so dass sie in dieser Entfernung und darüber hinaus mit optischen Teleskopen nicht zu erkennen sind.“
Diese künstlerische Illustration zeigt den fernen Kometen Bernardinelli-Bernstein, wie er im äußeren Sonnensystem aussehen könnte. (Bildnachweis: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva)
Die zuverlässigste Art, Kometen aus der Oortschen Wolke zu untersuchen, besteht bisher darin, sie zu erwischen, wenn ihre verlängerten Umlaufbahnen sie in das innere Sonnensystem bringen. Hier werden sie von der Sonne aufgeheizt und werden aktiv, wobei sie Gas und Staub ausstoßen, die einen umgebenden Halo und einen charakteristischen Schweif bilden.
Kometen in dieser inneren Spirale der Oortschen Wolke können Untersuchungen auf diese Weise vermeiden, indem sie sich der Reise ins innere Sonnensystem widersetzen. „Kometen in der äußeren Oortschen Wolke treten mit größerer Wahrscheinlichkeit in die Planetenregion des Sonnensystems ein und werden beobachtbar, weil sie weniger stark von der Schwerkraft der Sonne gehalten werden als Kometen, die sich näher in der inneren Wolke befinden, und daher leichter von vorbeiziehenden Sternen gestört werden“, sagte Dones. „Das bedeutet nicht, dass Dones die Hoffnung aufgegeben hat, diese Kometenspirale mit Hilfe astronomischer Daten zu sehen: „Wir sind immer noch auf Kometen angewiesen, die in die Planetenregion eindringen, um auf die Population von Kometen zu schließen, die wir nicht direkt beobachten können, aber die Entfernung von der Sonne, in der Kometen entdeckt werden, nimmt stetig zu“, so Dones. „Einige Kometen sind zwischen den Umlaufbahnen von Uranus und Neptun aktiv.“
Dones erklärte, dass eine der besten Chancen, diese Oort-Spirale zu sehen, das Legacy Survey of Space and Time (LSST) sein könnte, ein auf zehn Jahre angelegtes Programm für das Vera-Rubin-Observatorium, das noch in diesem Jahr beginnen soll.
„LSST sollte große Kometen in Entfernungen jenseits der Neptunbahn aufspüren, die aber immer noch weit unter dem 1.000-fachen der Entfernung zwischen Erde und Sonne liegen“, so Dones. „Die Spirale könnte auch durch die Suche nach thermischer Emission von Staub bei Ferninfrarot/Submillimeter-Wellenlängen in Daten entdeckt werden, deren Hauptaugenmerk auf der Untersuchung der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung liegt.“
Die Forschungsergebnisse des Teams sind in einer vorbegutachteten Veröffentlichung auf der Website arXiv verfügbar.
