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Eine Illustration der Jupitermassen-Doppelobjekte (JuMBOs) im Orionnebel (Bildnachweis: Gemini Observatory/Jon Lomberg)

Im vergangenen Jahr machten Astronomen mit dem James Webb Space Telescope (JWST) die verblüffende Entdeckung einiger frei schwebender Objekte mit Planetenmasse im Orionnebel, die ihre Vorstellungen von Planeten- und Sternentstehung in Frage stellten. Und nun haben neue Forschungsergebnisse das Rätsel um diese so genannten Jupiter-Masse-Doppelobjekte (JuMBOs) weiter vertieft.

JuMBOs sind keine Sterne, aber auch keine richtigen Planeten. Mark McCaughrean, leitender wissenschaftlicher Berater bei der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), und seine Kollegen haben die Objekte ursprünglich im Orionnebel entdeckt. Dieser Nebel ist ein Sternentstehungsgebiet, auch bekannt als Messier 45, und befindet sich etwa 1.350 Lichtjahre von der Erde entfernt.

Aufbauend auf dieser Beobachtung nutzte ein Forscherteam Daten, die vom Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) am Nationalen Radioastronomie-Observatorium der US-National Science Foundation gesammelt wurden, um Radiosignale zu untersuchen, die von einigen dieser JuMBOs stammen. Obwohl McCaughrean und seine Kollegen 40 Paare von JuMBOs fanden, wurde nur ein Paar dieser seltsamen Objekte dabei beobachtet, wie sie Radiowellen aussenden.

„Es ist bereits schwierig, JuMBOs mit Stern- und Planetenentstehungsmodellen zu erklären, und jetzt haben wir diese starke Radioemission, und es ist nicht klar, was sie erzeugt“, sagte Luis F. Rodriguez, Mitglied des Teams und Professor an der Nationalen Autonomen Universität von Mexiko, gegenüber kosmischeweiten.de.

Das Radiosignal wurde von beiden Komponenten von „JuMBO 24“ ausgesendet. Beide Komponenten scheinen etwa die 11-fache Masse des Jupiters zu haben, was sie zu den größten ihrer Art macht, die das JWST gesehen hat. Die anderen Komponenten haben eine Masse zwischen dem 3- und 8-fachen des massivsten Planeten des Sonnensystems.

Das Signal war deutlich stärker als die Radiosignale, die mit JuMBO-ähnlichen Objekten, den so genannten braunen Zwergen, in Verbindung gebracht werden. Braune Zwerge sind Objekte, die auf die gleiche Weise wie Sterne entstehen, aber nicht genug Masse ansammeln, um die Fusion von Wasserstoff zu Helium in ihrem Kern auszulösen, wie es bei einem normalen Stern der Fall ist. Da es ihnen nicht gelingt, den Prozess in Gang zu setzen, der einen Stern in seiner Hauptreihenlebenszeit ausmacht, haben Braune Zwerge mit einer Masse zwischen dem 13- und 75-fachen des Jupiters den unglücklichen Spitznamen „gescheiterte Sterne“ erhalten.

„Bei normalen Sternen und Braunen Zwergen gibt es Mechanismen, die die Radioemissionen erklären. Für JuMBOs haben wir keinen Mechanismus, um diese sehr starke Radioemission zu erklären“, sagte Rodriguez.

Der Orionnebel, gesehen vom JWST (Bildnachweis: NASA, ESA, CSA / Wissenschaftliche Leitung und Bildverarbeitung: M. McCaughrean, S. Pearson, CC BY-SA 3.0 IGO)

Nicht Sterne oder Planeten

JuMBOs sind heiße, gashaltige und relativ kleine Körper, die in Paaren existieren, eine Kombination, die den üblichen Beobachtungen von Doppelsternen widerspricht. Normalerweise gehen Wissenschaftler davon aus, dass nur die massereichsten Sterne das Leben in Doppelsternen bevorzugen; je kleiner ein stellarer Körper ist, desto unwahrscheinlicher ist es, dass er in einer Doppelsternepartnerschaft zu finden ist.

Binärsterne entstehen, wenn zu dichte Flecken in einer Scheibe aus Gas- und Staubfragmenten kollabieren und Masse ansammeln, wodurch Zwillingssterne entstehen. Etwa 75 % der massereichen Sterne werden in Doppelsternen gefunden, wobei dieser Prozentsatz bei Sternen von der Größe der Sonne auf 50 % und bei den kleinsten Sternen auf 25 % sinkt. Die Wahrscheinlichkeit, Braune Zwerge in Doppelsternen zu finden, liegt nahe bei Null. Das bedeutet, dass JuMBOs, die unter der Massengrenze für Braune Zwerge liegen, eigentlich nicht in Doppelsternen vorkommen sollten, wenn sie tatsächlich wie Sterne geformt sind.

Wenn sich JuMBOs jedoch wie Sterne bilden, würde die schiere Anzahl der im Orion entdeckten JuMBOs darauf hindeuten, dass die Häufigkeit von Doppelsternen aus irgendeinem Grund bei Massen unterhalb derjenigen von Braunen Zwergen „sprunghaft ansteigt“. Dies ist etwas, das in den Modellen zur Sternentstehung noch nicht berücksichtigt werden kann.

Zwei Planeten bilden sich um einen jungen Stern, aber sind JuMBOs so entstanden? (Bildnachweis: J. Olmsted (STScI))

Wenn sich diese Objekte mit planetarischer Masse also nicht nach den aktuellen Sternentstehungsmodellen bilden können, werden sie doch wie Planeten geboren, oder? Nun, vielleicht, aber JuMBO-Paare sind ebenso schwer zu erklären, wenn sie wie Planeten entstehen, die sich aus übrig gebliebenem Material in denselben Gas- und Staubscheiben bilden, aus denen ihre Elternsterne entstanden sind.

Es ist bekannt, dass einige Planeten aufgrund interner oder externer Gravitationseffekte, wie z. B. Begegnungen mit anderen Sternensystemen, aus der Umgebung ihres Wirtssterns herausgeschleudert werden. Von dort aus werden diese Welten zu „Schurkenplaneten“ und wandern ohne einen Mutterstern durch den Kosmos, so wie die JuMBOs im Orion als Waisen erscheinen. Der Prozess, der diese verwaisten Planeten hervorbringt, ist jedoch so gewaltig, dass er alle gravitativ gebundenen Planetenpaare auseinanderreißen sollte.

Der Auswurfmechanismus kann nicht erklären, warum jupiterähnliche Planeten zusammen ausgeworfen wurden. Das bedeutet, dass der Weg der Planetenentwicklung erklären kann, wie die JuMBOs entstanden sind, aber nicht, warum sie immer noch ihre binären Partner haben. Selbst wenn so etwas gelegentlich vorkommen könnte, gibt es nicht nur ein oder zwei JuMBO-Paare im Orion. Es sind 42.

Diese JuMBOs sind wahrscheinlich nicht das Ergebnis eines einzigen verrückten Auswurfs.

JuMBOs im Orion sind noch schwieriger zu erklären, wenn man bedenkt, dass einige der Doppelsterne, in denen sie sich befinden, extrem weit voneinander entfernt sind. Einige JuMBOs scheinen sogar um das 300-fache der Entfernung zwischen Erde und Sonne voneinander getrennt zu sein. Andere liegen so weit auseinander wie die gesamte Breite des Sonnensystems, was bedeutet, dass sie nur sehr schwach gravitativ gebunden sind.

Radiosignale von JuMBO24 bedeuten kein Leben

Rodriguez und seine Kollegen waren mit dem Orion gut vertraut, da sie den Nebel bereits mit dem VLA untersucht hatten. Als JuMBOS in den Infrarotdaten des JWST auftauchte, beschlossen sie, die Archivdaten von Radiowellenbeobachtungen zu durchsuchen, um nach Radiowellengegenstücken zu diesen Entdeckungen zu suchen.

„Wir sagten: ‚Hey, lass uns nachsehen, ob einer der JuMBOs schon einmal entdeckt wurde.‘ Wir nahmen VLA-Archivdaten und kalibrierten sie und fanden JuMBO 24 in allen drei ‚Epochen‘ der Daten“, sagte Rodriguez. „Wir haben Radiowellenemissionen des massivsten JuMBO-Binärs entdeckt, aber es ist nicht klar, warum die anderen nicht in Radiowellen entdeckt wurden.“

Er erklärte, dass das Team glaubt, dass die anderen JuMBOs auch Radiowellen aussenden könnten, weil ihre Komponenten kleiner sind als die beiden 11-Jupiter-Massen-Objekte im JuMBO 24-Doppelgänger.

Der VLA in New mexico, noch nicht fertig mit der Untersuchung der mysteriösen JuMBOs (Bildnachweis: Bettymaya Foott, NRAO/AUI/NSF)

„Wir bitten um Zeit mit dem VLA, um tiefere Bilder zu erstellen, in der Hoffnung, vielleicht ein paar mehr zu finden, und das wird uns erlauben, den Prozess, der die Radiowellen von JuMBOs erzeugt, viel besser zu verstehen“, sagte Rodriguez.

Diese tieferen Beobachtungen könnten auch die Geschwindigkeit der JuMBOs am Himmel in Bezug auf den Orionnebel aufzeigen. Rodriguez erklärte, dass, wenn sich die JuMBOs schnell bewegen, dies darauf hindeuten würde, dass sie sich wie Planeten um Sterne gebildet haben und aus diesen Systemen herausgeschleudert wurden. Andererseits wies er darauf hin, dass, wenn diese merkwürdigen Himmelskörper in Bezug auf den Orion fast stationär sind, dies bedeuten würde, dass sie aus massiven Wolken aus kollabierendem Gas und Staub wie Sterne entstanden sind.

Beide Erklärungen würden dazu führen, dass die Entstehung und Entwicklung von Sternen und Planeten in ihren jeweiligen Systemen neu überdacht wird.

Radiosignale können auch auf intelligentes Leben auf der Erde hinweisen, aber Rodriguez weist Spekulationen, dass dies bei JuMBO 24 der Fall ist, schnell zurück.

„Leben ist in jupiterähnlichen Objekten ohne feste Oberfläche nicht zu erwarten, und JuMBOs wären ziemlich kühl, da kein Stern mit ihnen verbunden ist“, sagte er. „Wenn JuMBOs Monde hätten, könnte man spekulieren, dass Leben in einem unterirdischen Ozean existieren könnte, wie es bei Europa, Ganymed und Enceladus vermutet wird. Allerdings sind die Objekte im Orion nur wenige Millionen Jahre alt [im Vergleich zu unserem 4,6 Milliarden Jahre alten Sonnensystem] , was bedeutet, dass wahrscheinlich noch nicht genug Zeit vergangen ist, um Leben auf diesen Monden zu entwickeln, falls sie existieren.“

Rodriguez fügte hinzu, dass für den unwahrscheinlichen Fall, dass diese Objekte oder die Monde um sie herum Leben beherbergen könnten, Forscher, die außerirdische Organismen auf JuMBO 24 jagen, auch erklären müssten, warum die Radioemissionen von beiden Komponenten dieses seltsamen Doppelsterns kommen und nicht nur von einer.

Während JuMBOs also die astronomische Entdeckung der 2020er Jahre sein könnten und faszinierende Ziele für Wissenschaftler sind, die die Entstehung von Sternen und Planeten besser verstehen wollen, sind sie möglicherweise keine guten Ziele für Wissenschaftler, die die Möglichkeit von Leben außerhalb des Sonnensystems untersuchen.

Die Forschungsergebnisse des Teams wurden im Januar in der Zeitschrift Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.