Eine der aufregendsten Erkenntnisse der Planetenforschung der letzten Jahre ist die Entdeckung interstellarer Objekte, die unser Sonnensystem durchqueren. Bisher haben Astronomen nur zwei dieser Eindringlinge aus anderen Sternensystemen bestätigt – 1I/’Oumuamua im Jahr 2017 und 2I/Borisov im Jahr 2018 – aber es wird angenommen, dass noch viele, viele weitere existieren. Wissenschaftler hatten nur begrenzte Möglichkeiten, diese Objekte zu untersuchen, sobald sie einmal entdeckt wurden, aber all das wird sich mit dem James Webb Space Telescope der NASA ändern.
„Die überragende Empfindlichkeit und Kraft von Webb bietet uns jetzt eine beispiellose Gelegenheit, die chemische Zusammensetzung dieser interstellaren Objekte zu untersuchen und so viel mehr über ihre Natur herauszufinden: woher sie kommen, wie sie hergestellt wurden und was sie uns sagen können über die Bedingungen in ihren Heimatsystemen“, erklärte Martin Cordiner, Hauptforscher eines Webb-Target-of-Opportunity-Programms zur Untersuchung der Zusammensetzung eines interstellaren Objekts.
„Die Fähigkeit, eines davon zu untersuchen und seine Zusammensetzung herauszufinden – Material von einem anderen Planetensystem aus nächster Nähe zu sehen – ist wirklich eine erstaunliche Sache“, sagte Cordiner, ein Astrophysiker am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, und Die Katholische Universität von Amerika. Die ersten beiden entdeckten interstellaren Objekte waren sehr unterschiedlich: Eines war sehr kometenähnlich, das andere nicht. Cordiner und sein Team hoffen herauszufinden, wie einzigartig diese Objekte waren und ob sie repräsentativ für die breitere Population interstellarer Objekte sind.
Auslösender Prozess
Astronomen überwachen ständig verschiedene Informationsquellen, von Amateurbeobachtern bis hin zu professionellen Observatorien, in der Hoffnung, den nächsten interstellaren Eindringling zu finden. Wenn das nächste derartige Objekt zum ersten Mal entdeckt wird, sind Wissenschaftler nicht sofort sicher, ob es sich um ein interstellares Objekt handelt. Sie benötigen zusätzliche Beobachtungen über einen Zeitraum von Tagen, Wochen oder sogar Monaten, um dies zu bestätigen – je nach Helligkeit.
Sobald sie die Bestätigung haben, dass das Objekt aufgrund seiner „hyperbolischen“ Umlaufbahn von außerhalb des Sonnensystems kam, und sie sicher sind, dass das Objekt nicht aus den äußeren Bereichen unseres eigenen Sonnensystems oder der Oortschen Wolke stammt, können sie die Flugbahn berechnen des Objekts über den Himmel. Wenn sich diese Flugbahn mit Webbs Sichtfeld schneidet, werden Cordiner und sein Team die Beobachtungen machen.
Die Wissenschaft
Das Team wird die spektroskopischen Fähigkeiten von Webb sowohl im nahen als auch im mittleren Infrarotbereich nutzen, um zwei verschiedene Aspekte des interstellaren Objekts zu untersuchen. Zuerst werden sie mit dem Nahinfrarot-Spektrographen (NIRSpec) die chemischen Fingerabdrücke von Gasen analysieren, die von dem Objekt freigesetzt werden, wenn eventuell vorhandenes Eis durch die Hitze unserer Sonne verdampft wird. Zweitens beobachten sie mit dem Mid-Infrared Instrument (MIRI) jeglichen Staub, den das Objekt produziert – kleine, mikroskopisch kleine Partikel; größere Körner; und sogar Kieselsteine, die von der Oberfläche abgehoben werden können und das Objekt umgeben.
Mit seiner hohen spektralen Auflösung kann NIRSpec die Emission einzelner Gase erkennen, wodurch das Team spezifische Moleküle wie Wasser, Methanol, Formaldehyd, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Methan erkennen kann. MIRI im mittleren Infrarot ist stärker auf das Wärmespektrum abgestimmt, das von festen Partikeln wie Staubkörnern oder dem Kern des Objekts erzeugt wird.
Kraftvolle neue Erkenntnisse
In unserem eigenen Sonnensystem sind Kometen eisige Überreste aus der Ära der Planetenentstehung um unsere Sonne, sodass sie einen einzigartigen Einblick in die chemischen Bedingungen in der frühesten Geschichte unseres Sonnensystems geben können. Dieses Webb-Programm ist in der Lage, zum ersten Mal ähnlich aussagekräftige Einblicke in die Chemie der Entstehung von Planeten um andere Sterne zu gewinnen.
Astronomen verstehen die genauen chemischen Prozesse, die bei der Bildung von Planeten beteiligt sind, nicht vollständig. Wie entsteht zum Beispiel ein Planet aus einfachen chemischen Zutaten? Geschieht das bei allen Sternen auf die gleiche Weise? Gab es etwas Besonderes an der Art und Weise, wie sich unsere eigenen Planeten um unsere Sonne bildeten, verglichen mit der Art und Weise, wie sie sich um andere Sterne anderswo in der Galaxie bildeten? Wenn Wissenschaftler Beweise für die chemischen Bedingungen anderer Planetensysteme erhalten, indem sie ein interstellares Objekt beobachten und sehen, woraus es besteht, dann können sie sich ein viel klareres Bild vom wahren Ausmaß der Chemie machen, das in diesen anderen Planetensystemen möglich ist.
Ein neues Fenster mit Webb
Interstellare Objekte wurden in diesen wichtigen Wellenlängenbereichen des nahen und mittleren Infrarot noch nie beobachtet, daher sind die Möglichkeiten für neue Entdeckungen ziemlich umfangreich. Angesichts von Billionen und Aberbillionen interstellarer Objekte, die durch die Galaxie schwirren, weiß das Team nicht, was sie finden werden, aber sie wissen, dass es faszinierend sein wird.
„Mit Webb können wir wirklich interessante Wissenschaft bei viel schwächeren Magnituden oder Helligkeiten betreiben“, erklärte Teamkollegin Cristina Thomas, Assistenzprofessorin für Astronomie an der Northern Arizona University. „Außerdem konnten wir in dieser Infrarotregion noch nie interstellare Objekte beobachten. Das eröffnet viele Möglichkeiten für die verschiedenen Kompositionssignaturen, an denen wir interessiert sind. Das wird ein großer Segen für uns sein!“
Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Observatorium für Weltraumwissenschaften. Webb wird Rätsel in unserem Sonnensystem lösen, in ferne Welten um andere Sterne blicken und die mysteriösen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin untersuchen. Webb ist ein internationales Programm, das von der NASA mit ihren Partnern ESA (European Space Agency) und der Canadian Space Agency geleitet wird.