Hubble und Webb fanden Spuren der frühen Geschichte des Sonnensystems in Objekten jenseits des Neptun
- Hubble und Webb beobachteten gemeinsam einen Himmelsausschnitt und halfen dabei, 27 bislang unbekannte transneptunische Objekte zu entdecken.
- Kleine Objekte wiesen entgegen den Erwartungen eines starken Einflusses von Kollisionen ähnliche Farbmuster auf wie größere Körper.
- Die Größenverteilungen der kalten und heißen Populationen erwiesen sich als ähnlich. Die Erklärung für diese Ähnlichkeit und den Erhalt der Oberflächen ist jedoch noch nicht gefunden.
Was Teleskope jenseits der Neptunbahn entdeckten
Die Teleskope Hubble und James Webb halfen Astronomen, kleine Körper jenseits der Neptunbahn zu untersuchen und 27 zuvor unbekannte transneptunische Objekte zu entdecken. Die gemeinsame Analyse lieferte nicht nur neue Erkenntnisse über die Größen und Farben dieser weit entfernten Eiskörper, sondern auch ein unerwartetes Ergebnis: Es gab weniger kleine Objekte, als manche Theorien vorhergesagt hatten. Ihre Farbmerkmale ähnelten dabei denen größerer Körper in denselben Regionen.
Transneptunische Objekte sind für die Erforschung des frühen Sonnensystems von Bedeutung, da sich viele von ihnen nicht zu vollwertigen Planeten entwickelten und als kleine Körper erhalten blieben. In der Studie werden sie als Überreste des Materials betrachtet, aus dem die Planeten entstanden. Ihre Oberflächen können Hinweise auf die Bedingungen ihrer Entstehung und auf spätere Veränderungen enthalten. Ihre Beobachtung ist schwierig: Diese Objekte leuchten mehr als hundert Millionen Mal schwächer als Himmelskörper, die mit bloßem Auge sichtbar sind.
Die Ergebnisse wurden in zwei Studien veröffentlicht, die im The Astronomical Journal erschienen sind. Die Arbeiten befassen sich mit Größe, Zusammensetzung und Frühgeschichte der neu entdeckten Objekte. Forschungsteams unter der Leitung von Doktoranden der University of Victoria in Kanada und der Northern Arizona University führten die bis dahin tiefste Durchmusterung transneptunischer Objekte durch. Das Team aus Victoria arbeitete unter der Leitung des National Research Council of Canada.
Wie die Erforschung ferner eisiger Körper funktioniert
Beide Weltraumteleskope beobachteten gleichzeitig denselben Himmelsausschnitt, erfassten jedoch unterschiedliche Arten von Licht. Hubble registrierte sichtbares Licht, Webb Infrarotlicht. Durch den Vergleich der Daten konnten Astronomen die Farben der Objekte untersuchen, ihre Größe abschätzen und die Besonderheiten ihrer Bewegung um die Sonne bestimmen. Erst die Kombination beider Beobachtungsarten ermöglichte es, die lichtschwachen Körper zu untersuchen, die sich mit nur einer Methode nur schwer entdecken und erforschen lassen.
Farben geben Forschenden Hinweise auf die chemische Zusammensetzung der Oberfläche und helfen ihnen, mögliche Entstehungsgeschichten der Objekte zu unterscheiden. In der Studie wird ihre Bedeutung mit Fingerabdrücken verglichen: Anhand der Farben lassen sich individuelle Eigenschaften eines Körpers beurteilen. Die Farbe allein liefert jedoch keine endgültige Antwort darauf, was mit der Oberfläche geschehen ist. Deshalb wurde sie mit Größen und Bahneigenschaften verglichen, um gemeinsame Muster unter den weit entfernten Objekten zu erkennen.
Die Forschenden unterteilten transneptunische Objekte in dynamisch „kalte“ und „heiße“ Populationen. Diese Bezeichnungen beschreiben nicht die Temperatur, sondern die Eigenschaften der Umlaufbahnen. Kalte Körper bewegen sich auf vergleichsweise kreisförmigen Bahnen und bleiben nahe der Ebene, in der die meisten Planeten umlaufen. Heiße Objekte haben dagegen stärker elliptische Bahnen und bewegen sich oberhalb und unterhalb der Hauptebene des Sonnensystems.
Zwei Populationen mit unterschiedlicher Bahngeschichte
Kalte transneptunische Objekte sind der Beschreibung der Studie zufolge größtenteils in den Regionen geblieben, in denen sie entstanden sind. Ihre Bahnen sind relativ ruhig und nicht allzu stark gestreckt, und ihre Bewegung bleibt nahe an der gemeinsamen Ebene der Planetenbahnen. Dadurch sind sie für den Vergleich mit Körpern wichtig, deren Bahnen sich deutlich verändert haben. Beobachtungen zeigten, dass selbst die kleinsten Vertreter der kalten Population Farbmerkmale aufweisen, die denen größerer Objekte ähneln.
Heiße Objekte haben vermutlich eine andere Geschichte: Sie entstanden zwischen den heutigen Bahnen von Uranus und Neptun und wurden dann nach außen gestreut, als die Riesenplaneten in der frühen Phase des Sonnensystems ihre Position veränderten. Heute sind ihre Bahnen stärker gestreckt, und ihre Wege führen sowohl oberhalb als auch unterhalb der Hauptebene der Planeten entlang. Trotz dieser dynamischen Vergangenheit hängen auch die Farbmuster dieser Population mit den Entstehungsbedingungen zusammen.
Die Ähnlichkeit der Farbeigenschaften kalter und heißer Objekte ist besonders bemerkenswert angesichts der Unterschiede in ihrer Bahnentwicklung. Heiße Körper haben eine Umgestaltung ihrer Bahnen erfahren, während kalte weitgehend in der Nähe ihrer Entstehungsorte geblieben sind. Dennoch weisen beide Gruppen Farbzusammenhänge auf, die Forschende als Spuren ihrer Herkunft betrachten. Beobachtungen deuten darauf hin, dass sich diese Merkmale im Laufe der Existenz des Sonnensystems weniger verändert haben, als zu erwarten gewesen wäre.
Unerwartete Ergebnisse und offene Fragen
Vor Erhalt der Daten gingen Forschende davon aus, dass kleine transneptunische Körper besonders deutlich unter den Folgen wiederholter Kollisionen im Laufe von Milliarden Jahren leiden müssten. Einschläge könnten Objekte zertrümmern, frisches Material freilegen und dadurch die Zusammensetzung und Farbe ihrer Oberfläche verändern. Die neu untersuchten Objekte zeigten jedoch ähnliche Farbzusammenhänge wie jene, die bei größeren Körpern beobachtet werden. Das entspricht nicht der einfachen Erwartung, dass kleine Körper aufgrund häufiger Kollisionen zwangsläufig anders aussehen müssten.
Bislang bleiben mindestens zwei mögliche Erklärungen. Die Objekte könnten weniger Kollisionen überstanden haben, als Astronomen angenommen hatten, oder ihre Oberflächen könnten ihre ursprüngliche Zusammensetzung selbst nach Einschlägen bewahren. Die Daten erlauben noch keine Entscheidung zwischen diesen Möglichkeiten. Anastasia Morgan, Doktorandin an der Northern Arizona University, die die Untersuchung von Farbe und Zusammensetzung leitete, merkte an, dass kleine Körper offenbar die Geschichte ihrer Entstehung bewahren. Mitautor David Trilling betonte, dass dynamisch heiße Objekte trotz der Veränderungen ihrer Umlaufbahnen Spuren ihres Geburtsortes tragen.
Die Webb-Daten brachten ein weiteres Ergebnis hervor: Die Größenverteilungen der dynamisch heißen und kalten Populationen erwiesen sich als überraschend ähnlich. Das ist besonders interessant, weil die Gruppen der Studie zufolge in unterschiedlichen Regionen des frühen Sonnensystems entstanden sind. Die Ähnlichkeit könnte bedeuten, dass die Prozesse, durch die Planetesimale entstanden, unter verschiedenen Bedingungen ähnlich abliefen. Die Beobachtungen erklären jedoch bislang weder, warum die Verteilungen übereinstimmen, noch, wie genau die Oberflächen erhalten bleiben und wie häufig Kollisionen stattfanden.
Quelle: ScienceDaily
