Eine Illustration des Kuipergürtels (Bildnachweis: NASA/SOFIA/Lynette Cook)
Eine brandneue Gruppe gefrorener Objekte, die die Sonne jenseits des fernen Kuipergürtels umkreisen, wurde vom Subaru-Teleskop entdeckt, das mit der NASA-Mission New Horizons zusammenarbeitet, um neue Ziele für die Raumsonde zu finden, die sie untersuchen soll.
„Wenn sich dies bestätigt, wäre es eine bedeutende Entdeckung“, sagte Fumi Yoshida von der Universität für Arbeits- und Umweltgesundheitswissenschaften und dem Forschungszentrum für Planetenforschung am Chiba Institute of Technology in einer Erklärung.
Subaru, ein 8-Meter-Teleskop auf dem Mauna Kea in Hawaii, arbeitet seit dem Start von New Horizons im Jahr 2006 mit dem Planeten Pluto zusammen, an dem die Raumsonde 2015 vorbeiflog. Seitdem bahnt sich New Horizons einen Weg durch den Kuipergürtel, eine ringförmige Region eisiger Kometenkörper jenseits der Neptunbahn in Abständen zwischen 33 und 55 Astronomischen Einheiten (AE). Eine Astronomische Einheit entspricht der durchschnittlichen Entfernung der Erde von der Sonne, die 149,6 Millionen Kilometer beträgt.
Als Subaru 2004 mit der Suche nach Objekten im Kuipergürtel begann, die New Horizons entweder aus der Nähe besuchen oder nach der Begegnung mit Pluto mit seinen Kameras aus der Ferne beobachten sollte, stand das Teleskop vor einem Problem. Damals befanden sich Pluto und der Bereich des äußeren Sonnensystems, zu dem New Horizons unterwegs war, im Sternbild Schütze, das das dichte Zentrum der Milchstraße als Hintergrund hat, was es schwierig machte, Kuiper-Gürtel-Objekte aus all den Hintergrundsternen herauszufiltern. Zu diesem Zeitpunkt identifizierte Subaru nur 24 Kuipergürtel-Objekte, die alle zu weit entfernt waren, als dass New Horizons sie nach dem Verlassen des Pluto mit seinen Kameras hätte erreichen oder sehen können. (Arrokoth, ein Kuipergürtel-Objekt, das New Horizons am Neujahrstag 2019 besuchte, wurde vom Hubble-Weltraumteleskop entdeckt).
Jetzt jedoch haben sich Pluto und dieser Teil des Sonnensystems vom Hintergrund der Milchstraße in eine spärlichere Region des Nachthimmels entfernt. Mit seiner Hyper Suprime-Cam (HSC) hat Subaru seit 2020 239 Kuipergürtel-Objekte entdeckt. Die meisten davon sind normale Kuipergürtel-Objekte, aber einige scheinen tatsächlich etwas ganz Besonderes zu sein.
„Der aufregendste Teil der HSC war die Entdeckung von 11 Objekten in Entfernungen jenseits des bekannten Kuipergürtels“, sagte Yoshida.
Diese neue Gruppe von Objekten ist nicht einfach eine Erweiterung des Kuipergürtels. Es scheint eine Lücke zwischen 55 AE und 70 AE zu geben, in der noch keine Objekte gefunden wurden, und dann einen zweiten Gürtel – nennen wir ihn „Kuipergürtel 2“ – zwischen 70 und 90 AE, der bis zu 13,5 Milliarden Kilometer von der Sonne entfernt ist. Zum Vergleich: Neptun liegt bei 30 AE und New Horizons ist derzeit 60 AE von der Sonne entfernt, während die NASA-Sonden Voyager 1 und Voyager 2 164,7 bzw. 137,6 AE von der Sonne entfernt sind – also draußen im interstellaren Raum.
Ein Diagramm, das die Anzahl der Kuiper-Gürtel-Objekte im Verhältnis zu ihrer Entfernung von der Sonne zeigt. Die 11 neuen Objekte scheinen einen zweiten Kuipergürtel zu bilden, mit einer Lücke zwischen 55 und 70 AE. (Bildnachweis: Wesley Fraser)
Die Architektur des Sonnensystems, einschließlich des Asteroidengürtels und des Kuipergürtels, wurde durch die Prozesse bestimmt, aus denen die Planeten entstanden sind, einschließlich der Art und Weise, wie der junge Jupiter durch das System wanderte und kleinere Körper weit verstreute.
„Ich denke, dass die Entdeckung entfernter Objekte und die Bestimmung ihrer Bahnverteilung wichtig sind, um die Entstehungsgeschichte des Sonnensystems zu verstehen, sie mit exoplanetaren Systemen zu vergleichen und die universelle Planetenbildung zu verstehen“, sagte Yoshida.
Die Entdeckung dieser neuen Population von Körpern kommt nicht ganz unerwartet. Das Student Dust Counter-Instrument an Bord von New Horizons erkennt weiterhin Einschläge von Staubpartikeln, obwohl die Rate der Einschläge mit dem Verlassen des Kuipergürtels durch New Horizons abnehmen sollte. Das anhaltende Vorhandensein von Staub deutet darauf hin, dass er von einer Population von Körpern weiter draußen produziert wird. Darüber hinaus hat New Horizons unerklärliche Sternbedeckungen beobachtet – wenn ein Objekt vor einem entfernten Stern vorbeifliegt und kurzzeitig dessen Licht blockiert -, die von Objekten in diesem neu entdeckten, weiter entfernten „Kuipergürtel 2“ stammen könnten.
Außerdem zeigen Beobachtungen protoplanetarer Scheiben um andere Sterne, wie die von ALMA, dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array in Chile, deutlich ausgedehnte Regionen und zahlreiche Gürtel und Lücken in der Region jenseits des Kuipergürtels in unserem Sonnensystem.
„Der Kuipergürtel unseres Sonnensystems schien lange Zeit im Vergleich zu vielen anderen Planetensystemen sehr klein zu sein, aber unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese Vorstellung nur aufgrund einer Beobachtungsverzerrung entstanden sein könnte“, sagte Wes Fraser vom National Research Council of Canada, der die neuen Erkenntnisse leitete. „Wenn sich dieses Ergebnis bestätigt, ist unser Kuipergürtel vielleicht doch nicht so klein und ungewöhnlich im Vergleich zu den Systemen um andere Sterne.“
Da der Kuipergürtel klein zu sein schien, war eine Theorie, dass der Sonnennebel, aus dem unser Planetensystem entstand, ebenfalls kleiner als normal war. Die Entdeckung des Kuipergürtels 2 lässt vermuten, dass dies nicht unbedingt der Fall war.
„Der ursprüngliche Sonnennebel war viel größer als bisher angenommen, und dies könnte Auswirkungen auf die Untersuchung des Planetenbildungsprozesses in unserem Sonnensystem haben“, so Yoshida.
Astronomen werden die 11 Objekte in diesem neuen Gürtel weiterhin mit Subaru verfolgen, um ihre Umlaufbahnen besser zu bestimmen. Da sie in einer kleinen Region des Weltraums gefunden wurden, sind sie wahrscheinlich nur die Spitze des Eisbergs und deuten auf eine viel größere Population hin. Ihre Entdeckung ist ein weiterer Beweis dafür, dass es in den extremen Tiefen des äußeren Sonnensystems noch viel zu entdecken gibt, einschließlich der Möglichkeit weiterer Zwergplaneten und sogar des mutmaßlichen Planeten Neun.
„Dies ist eine bahnbrechende Entdeckung, die etwas Unerwartetes, Neues und Aufregendes in den entfernten Bereichen des Sonnensystems offenbart“, sagte Alan Stern, der Leiter der New Horizons Mission. „Diese Entdeckung wäre ohne die Weltklasse-Fähigkeiten des Subaru-Observatoriums wahrscheinlich nicht möglich gewesen.“
Die Ergebnisse sollen im Planetary Science Journal veröffentlicht werden und sind derzeit als Vorabdruck verfügbar.
