Wissenschaftler entdecken, dass weit entfernte Kometen mit langer Periode schnell verblassen

Wenn sich Kometen der Sonne nähern, setzen sie Gas und Staub frei, die Astronomen als Kometenaktivität bekannt sind. Bei Kometen, die nahe oder innerhalb der Erdumlaufbahn vorbeifliegen, verlangsamt sich diese Aktivität über aufeinanderfolgende Umlaufbahnen. Der Astronom Nathan Kaib von der University of Oklahoma hat herausgefunden, dass das gleiche Kometen-Fading-Phänomen auftritt, wenn Kometen wiederholt durch die weiter entfernte Region jenseits des Saturn fliegen.

Kaib, außerordentlicher Professor am Homer L. Dodge Department of Physics and Astronomy am Dodge Family College of Arts and Sciences an der OU, ist der Hauptautor des Artikels „Comet Fading Begins Before Saturn“, der in veröffentlicht wurde Wissenschaftliche Fortschritte.

„Langperiodische Kometen, also solche, die mindestens Hunderte von Jahren brauchen, um die Sonne einmal zu umrunden, verbringen den größten Teil ihres Lebens Tausende Male weiter von der Sonne entfernt als die Erde“, sagte Kaib. „Aber manchmal entwickeln sie stark elliptische Umlaufbahnen und machen ihrerseits regelmäßige Einfälle in Richtung der Sonne und ihrer nahen Planeten. Wenn sich diese Kometen der Sonne nähern, verwandelt ihre intensive Hitze ihre eisigen Oberflächen in Gas.

Diese Kometenaktivität verleiht Kometen ihr markantes Aussehen am Himmel und macht sie für Astronomen relativ leicht zu finden. Da die extreme Erwärmung durch die Sonne ihren Oberflächeneisvorrat stetig erschöpft, nimmt die Aktivität von Kometen, die sich der Erde nähern, mit der Zeit ab oder schwindet.“

In dieser Studie entdeckte Kaib, dass dieses Fading-Phänomen auch bei Kometen auftritt, die das äußere Sonnensystem in der Nähe oder jenseits der Saturnbahn passieren. Was seine Ergebnisse überraschend macht, ist, dass solche Kometen im Vergleich zu erdnahen Kometen eine viel schwächere Erwärmung durch die Sonne erfahren. Tatsächlich ist die Erwärmung der Sonne im Gegensatz zu näheren Kometen so schwach, dass wasserbasiertes Eis auf diesen Kometen nicht verdunsten kann.

Durch Computersimulationen von Kometen, die sich in der Nähe der Riesenplaneten des äußeren Sonnensystems bewegen, zeigte Kaib, dass die Schwerkraft der Riesenplaneten die Umlaufbahnen entfernter Kometen schnell schrumpfen lässt, sodass sie zwischen den Passagen durch das äußere Sonnensystem kleinere Exkursionen von der Sonne weg machen.

„Wir sollten daher erwarten, dass das äußere Sonnensystem viel mehr Kometen auf diesen geschrumpften Umlaufbahnen hat als solche auf größeren Umlaufbahnen“, sagte er. „Stattdessen sehen Astronomen das Gegenteil; ferne Kometen mit geschrumpften Umlaufbahnen fehlen fast vollständig in den Beobachtungen der Astronomen, und Kometen mit größeren Umlaufbahnen dominieren unsere Zählung des äußeren Sonnensystems. Das schnelle Verblassen der Kometen, das während dieser Umlaufbahnschrumpfung auftritt, erklärt dieses Paradox, da es ältere Kometen für die Suche der Astronomen effektiv unsichtbar machen wird.“

Angesichts der Tatsache, dass entfernte Kometen aufgrund ihrer Entfernung schwer zu untersuchen sind, basiert das Verständnis der Astronomen über Kometen hauptsächlich auf der Untersuchung von Kometen auf erdnahen Umlaufbahnen. Kaibs Befund legt nahe, dass Passagen durch das äußere Sonnensystem die physikalischen Eigenschaften vieler erdnaher Kometen verändern können, bevor sie entdeckt werden.

„Das Verblassen zwischen entfernten Kometen wurde entdeckt, indem die Ergebnisse von Computersimulationen der Kometenproduktion mit dem aktuellen Katalog bekannter entfernter Kometen kombiniert wurden“, sagte Kaib. „Diese fernen Kometen sind schwach und extrem schwer zu erkennen, und Kometenbeobachtungskampagnen haben in den letzten 20 Jahren große Anstrengungen unternommen, um diesen Katalog zu erstellen. Ohne ihn wäre diese aktuelle Arbeit nicht möglich gewesen.“

Kaib erwartet, dass die Legacy Survey of Space and Time, eine 10-jährige Mission zur Vermessung des südlichen Himmels am Vera C. Rubin-Observatorium in Chile, die Zahl der Kometenentdeckungen schnell steigern wird.

„Das in meiner Arbeit charakterisierte Kometenverblassen wird entscheidend sein, um diese bevorstehende Flut neu entdeckter Kometen richtig zu verstehen und zu interpretieren“, sagte er.

Die Computersimulationen für diese Arbeit wurden am OU Supercomputing Center for Education & Research durchgeführt. Kaib befindet sich derzeit im Sabbatjahr an der Case Western Reserve University in Cleveland, Ohio.