Das Webb-Teleskop entdeckt ungewöhnliche Gasstrahlen von Centaur 29P

Inspiriert von den halb Mensch, halb Pferd aus der antiken griechischen Mythologie bekannten Wesen gibt es in der Astronomie ihre eigene Art von Zentauren: entfernte Objekte, die zwischen Jupiter und Neptun die Sonne umkreisen. Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA hat die aus einem dieser Objekte austretenden Gase kartiert, was auf eine vielfältige Zusammensetzung schließen lässt und neue Einblicke in die Entstehung und Entwicklung des Sonnensystems liefert.

Zentauren sind ehemalige transneptunische Objekte, die in den letzten Millionen Jahren durch subtile Gravitationseinflüsse der Planeten in Neptuns Umlaufbahn bewegt wurden und möglicherweise zu kurzperiodischen Kometen werden. Sie sind „hybrid“ in dem Sinne, dass sie sich in einem Übergangsstadium ihrer Orbitalentwicklung befinden: Viele haben Eigenschaften sowohl mit transneptunischen Objekten (aus dem kalten Kuipergürtel-Reservoir) als auch mit kurzperiodischen Kometen gemeinsam, bei denen es sich um stark veränderte Objekte handelt wiederholte enge Umrundungen der Sonne.

Da sich diese kleinen Eiskörper in einer orbitalen Übergangsphase befinden, waren sie Gegenstand verschiedener Studien, während Wissenschaftler versuchen, ihre Zusammensetzung, die Gründe für ihre Ausgasungsaktivität – den Verlust ihres Eises, das unter der Oberfläche liegt – und ihre Funktion zu verstehen als Verbindung zwischen ursprünglichen Eiskörpern im äußeren Sonnensystem und entwickelten Kometen.

Ein Team von Wissenschaftlern nutzte kürzlich Webbs NIRSpec-Instrument (Near-Infrared Spectrograph), um Daten über Centaur 29P/Schwassmann-Wachmann 1 (kurz 29P) zu erhalten, ein Objekt, das für seine hochaktiven und quasi-periodischen Ausbrüche bekannt ist. Seine Intensität variiert alle sechs bis acht Wochen und ist damit eines der aktivsten Objekte im äußeren Sonnensystem. Sie entdeckten einen neuen Strahl von Kohlenmonoxid (CO) und bisher unbekannte Strahlen von Kohlendioxid (CO2), die neue Hinweise auf die Natur des Zentaurenkerns geben.

Diese Erkenntnisse wurden veröffentlicht In Naturastronomie.

„Zentauren können als Überbleibsel der Entstehung unseres Planetensystems betrachtet werden. Da sie bei sehr niedrigen Temperaturen gelagert werden, bewahren sie Informationen über flüchtige Stoffe in den frühen Stadien des Sonnensystems“, sagte Sara Faggi vom Goddard Space Flight Center der NASA Greenbelt, Maryland, und die American University in Washington, DC, Hauptautor der Studie.

„Webb hat wirklich die Tür zu einer Auflösung und Sensibilität geöffnet, die uns beeindruckt hat – als wir die Daten zum ersten Mal sahen, waren wir begeistert. So etwas hatten wir noch nie gesehen.“

Webb und die Jets

Die weit entfernten Umlaufbahnen der Zentauren und die daraus resultierende Ohnmacht haben in der Vergangenheit detaillierte Beobachtungen verhindert. Daten aus früheren Radiowellenbeobachtungen von Centaur 29P zeigten einen Jet, der im Allgemeinen auf die Sonne (und die Erde) gerichtet war und aus CO bestand.

Webb entdeckte diesen frontalen Strahl und suchte dank seines großen Spiegels und seiner Infrarotfähigkeiten auch feinfühlig nach vielen anderen Chemikalien, darunter Wasser (H2O) und CO2. Letzteres ist eine der Hauptformen, in denen Kohlenstoff im gesamten Sonnensystem gespeichert wird. In der Atmosphäre von 29P wurden keine eindeutigen Hinweise auf Wasserdampf festgestellt, was mit den extrem kalten Temperaturen in diesem Körper zusammenhängen könnte.

Die einzigartigen Bild- und Spektraldaten des Teleskops enthüllten nie zuvor gesehene Merkmale: zwei CO2-Strahlen, die in Nord- und Südrichtung ausströmten, und ein weiterer CO2-Strahl, der nach Norden zeigte. Dies war der erste definitive Nachweis von CO2 in Centaur 29P.

Basierend auf den von Webb gesammelten Daten erstellte das Team ein 3D-Modell der Jets, um ihre Ausrichtung und Herkunft zu verstehen. Durch ihre Modellierungsbemühungen fanden sie heraus, dass die Jets aus verschiedenen Regionen des Zentaurenkerns emittiert wurden, obwohl der Kern selbst von Webb nicht aufgelöst werden konnte. Die Winkel der Jets legen die Möglichkeit nahe, dass der Kern eine Ansammlung verschiedener Objekte mit unterschiedlicher Zusammensetzung sein könnte; Andere Szenarien können jedoch noch nicht ausgeschlossen werden.

„Die Tatsache, dass Centaur 29P solch dramatische Unterschiede in der Häufigkeit von CO und CO2 auf seiner Oberfläche aufweist, legt nahe, dass 29P aus mehreren Teilen bestehen könnte“, sagte Geronimo Villanueva, Co-Autor der Studie bei NASA Goddard.

„Vielleicht verschmolzen zwei Teile und bildeten diesen Zentauren, der eine Mischung aus sehr unterschiedlichen Körpern ist, die unterschiedliche Entstehungswege durchlaufen haben. Es stellt unsere Vorstellungen darüber in Frage, wie Urobjekte im Kuipergürtel geschaffen und gelagert werden.“

Anhaltend unbeantwortete Fragen (vorerst)

Die Gründe für die Helligkeitsausbrüche von Centaur 29P und die Mechanismen hinter seiner Ausgasungsaktivität durch die CO- und CO2-Strahlen sind weiterhin zwei wichtige Interessengebiete, die weiterer Untersuchung bedürfen.

Im Fall von Kometen wissen Wissenschaftler, dass ihre Jets oft durch das Ausgasen von Wasser angetrieben werden. Allerdings sind die Zentauren aufgrund ihres Standorts zu kalt, als dass Wassereis sublimieren könnte, was bedeutet, dass sich die Art ihrer Ausgasungsaktivität von der von Kometen unterscheidet.

„Wir hatten nur einmal Zeit, dieses Objekt zu betrachten, wie eine Momentaufnahme der Zeit“, sagte Adam McKay, Mitautor der Studie an der Appalachian State University in Boone, North Carolina.

„Ich würde gerne zurückgehen und mir Centaur 29P über einen viel längeren Zeitraum ansehen. Haben die Düsen immer diese Ausrichtung? Gibt es vielleicht einen anderen Kohlenmonoxidstrahl, der zu einem anderen Zeitpunkt in der Rotationsperiode einschaltet? Betrachten Diese Jets würden uns im Laufe der Zeit viel bessere Einblicke in die Ursachen dieser Ausbrüche geben.

Das Team hofft, dass sie, wenn sie ihr Verständnis von Centaur 29P verbessern, die gleichen Techniken auf andere Zentauren anwenden können. Durch die Verbesserung des kollektiven Wissens der astronomischen Gemeinschaft über Zentauren können wir gleichzeitig unser Verständnis über die Entstehung und Entwicklung unseres Sonnensystems verbessern.