Ich weiß, gestern hat – meteorologisch gesehen – der Frühling begonnen und der Winter geht wahrscheinlich allen schon auf die Nerven. Warum fange ich dann auf einmal wieder mit Schneeballschlachten an? Weil es um Astronomie geht! Genauer gesagt um weiße Zwerge und Kometen. Interstellare Kometen.

Über die Entstehung von Planeten wurde hier bei ScienceBlogs ja schon oft geschrieben. Die Kurzfassung: aus einer großen Staub- und Gaswolke entsteht durch Verdichtung ein Stern. Aus dem restlichen Gas und Staub entstehen durch Zusammenballung zuerst kleine, meter- bis kilometergroße Brocken, die Planetoide aus denen dann wieder die Protoplaneten entstehen. Einige Zeit lang ists dann recht voll im jungen Planetensystemen und andauernd kollidiert irgendwas mit irgendwas anderem. Oft werden durch die starken Gravitationskräfte bei nahen Begegnungen auch Planetoide ganz weit weg geworfen. So hat sich in unserem Sonnensystem beispielsweise die Oortsche Wolke gebildet. Das ist eine Region, gaaaanz weit draussen (zehn- bis hundertausende Mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde) in der sich Milliarden Planetoide (und vielleicht auch der eine oder andere Planet) aufhalten. Sie bilden ein großes Reservoir für langperiodische Kometen. Aber theoretisch könnte es auch sein, dass so ein Planetoid bei der Planetenentstehung durch eine nahe Begegnung mit einem Protoplaneten so viel Schwung mitbekommt, dass er komplett aus dem Sonnensystem rausfliegt und nicht mehr gravitativ an die Sonne gebunden ist. Er wird zu einem interstellaren Kometen. So ein Komet besteht ja aus einer Mischung aus Gestein/Staub und Eis. Viel Eis und deswegen auch viel Wasserstoff und Sauerstoff.

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Auch Sterne schmeissen gern mal mit Schneebällen

Natürlich haben wir so ein Ding noch nicht beobachtet. Wir schaffen es mit den heutigen technischen Mitteln ja noch nicht mal, Kometen in der Oortschen Wolke unseres Sonnensystems zu sehen – da liegen interstellare Kometen ganz außer Reichweite. Aber trotzdem wäre es ganz interessant zu wissen, ob es die gibt und vor allem wieviele davon. Es gibt zum Beispiel Abschätzung die von etwa 0,00045 Kometen ausgehen die sich in jedem interstellaren Raumquadrat mit einer Kantenlänge von einer astronomischen Einheit (der mittlere Abstand zwischen Erde und Sonne) befinden. Wenn das so ist, dann würden zum Beispiel diese Kometen mehr zur Menge des interstellaren Sauerstoffs beitragen als alle anderen Quellen. Aber die Schätzungen bisher waren eben nur Schätzungen und die waren relativ fehleranfällig. Es wäre super, wenn man das irgendwie genauer bestimmen könnte.

Klar, das geht – meint zumindest Michael Jura von der Universität Kalifornien in Los Angeles. In seinem Artikel “An Upper Bound to the Space Density of Interstellar Comets” erklärt er, wie das funktionieren soll. Und zwar mit weißen Zwergen! Ein weißer Zwerg ist das, was von einem typischen Stern am Ende seines Lebens übrig bleibt. Irgendwann hat ein Stern wie unsere Sonne all seinen Wasserstoff im Kern in Helium fusioniert und die Kernfusion wird schwächer. Dadurch sinkt auch der Strahlungsdruck der bisher der Gravitationskraft entgegen gewirkt und den Stern vorm Kollaps bewahrt hat. Jetzt schrumpft der Stern, wird dichter und heißer und es kann ein neuer Fusionsprozess einsetzen bei dem nun Helium verbrannt wird. Der stärkere Strahlungsdruck dehnt den Stern wieder aus; seine äußeren Atmosphärenschichten schieben sich immer weiter nach außen. So entsteht ein roter Riese. Irgendwann ist aber die Kernfusion tatsächlich am Ende. Ein typischer Stern hat dann nur noch einen kleinen Kern der fast vollständig aus den Fusionsendprodukten Kohlenstoff und Sauerstoff besteht. Die äußeren Schichten des roten Riesen wurden schon längst komplett abgestossen und alles was bleibt ist dieser Kern der in etwa so groß wie die Erde (aber immer noch mindestens halb so schwer wie die Sonne!) ist: ein weißer Zwerg.

So ein weißer Zwerg hat meistens auch noch eine dünne Atmosphärenschicht. Meistens besteht sie aus Wasserstoff; bei einer speziellen Untergruppe aus weißen Zwergen aber fast ausschließlich aus Helium. Solche “DB Dwarfs” enthalten so gut wie keinen Wasserstoff mehr und sie sind es, die man benutzen kann um mehr über interstellare Kometen herauszufinden. Dazu hat Jura sich wieder eine ganz spezielle Untergruppe der DB Dwarfs angesehen. Und zwar die, deren Temperatur hoch genug ist. Wenn die mehr als 22000 Kelvin beträgt, dann ist der Sternwind (das Analog zum Sonnenwind) des weißen Zwergs stark genug um zu verhindern, dass sich Wasserstoff aus der Nähe des Zwergs bzw. von Asteroiden die sich noch um den Zwerg bewegen auf ihm ansammeln kann. Es bleibt also eigentlich nur noch der Wasserstoff übrig, der sich in den interstellaren Kometen befindet. Und Kometen enthalten reichlich Wasserstoff; in einem Kometen steckt oft mehr Wasserstoff als in eine kompletten DB dwarf! Je mehr solcher interstellarer Kometen da draussen tatsächlich rumschwirren desto größer ist die Chance, dass sie mit einem DB Dwarf zusammenstossen. Aus der Menge des dort enthaltenen Wasserstoffs kann man also eine Obergrenze für die Anzahl der interstellaren Kometen bekommen!

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Komet Hale-Bopp – Bild: Phillip Salzgeber (CC-BY-SA 2.0 AT)

Die Details sind natürlich wesentlich komplizierter. Man muss Modelle entwickeln, die beschreiben wie sich ein weißer Zwerg verhält; wie sich der Wind eines weißen Zwergs verhält und der Wasserstoff, der auf ihn trifft. Aber dann kann man diese DB dwarfs tatsächlich verwenden um die Menge der interstellaren Kometen abzuschätzen! Jura macht dies mit zwei weißen Zwergen – GD 190 and BPM 17088 – und kommt zu dem Schluss, dass die bisherigen Schätzungen was die Anzahl der interstellaren Kometen angeht viel zu optimistisch waren. Nicht mehr als die Hälfte, sondern nur etwa 1 Prozent des interstellaren Sauerstoffs wird von den Kometen gestellt. Damit müssen sich jetzt auch die Leute beschäftigen, die an der Planetenentstehung arbeiten – denn mit diesen Informationen kann man auch die Modelle zur Entstehung der Oortschen Wolke verfeinern.

Und wir stellen zum Schluss fest, dass anscheinend auch die Sterne keine rechte Lust mehr auf Schneeballschlachten haben. Also her mit dem Frühling!


M. Jura (2011). An Upper Bound to the Space Density of Interstellar Comets Astronomical Journal arXiv: 1102.4319v1


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Kommentare (11)

  1. #1 Arnd
    3. März 2011

    Yippie! Schneeballschlacht! *Wirft einen Schneeball auf Florian*

    Toller Artikel, sehr überraschend. Hätte nicht gedacht dass wir überhaupt Aussagen über interstellare Kometen treffen können.

  2. #2 Physiker
    3. März 2011

    Warum untersucht man nicht beispielsweise einen von uns aus gut überblickbaren (nahen) Bereich direkt nach interstellaren Kometen?
    Diese sollten sich doch an den Bahnparametern erkennen lassen – und von der Erde aus dürfte man doch sicher erheblich mehr als 1 AU^3 überblicken. Angenommen, man könnte einen Würfel der Kandenlänge 6 AU*) nach interstellaren Kometen absuchen, dann wäre die Wahrscheinlichkeit fast 10% (jedenfalls wenn man von den obigen “0,00045” ausgeht), dass sich im Moment dort einer aufhält. Nachdem ein solcher Komet daran erkannt werden kann, dass er sich schneller als mit der 3. kosmischen Geschwindigkeit bewegt (oder einfach eine Hyperbelbahn beschreibt), sollte man doch innerhalb einer akzeptablen Zeit eine hinreichend gute Abschätzung finden.

    *) wenn es stimmt, dass Kometen in 5 AU Entfernung zur Sonne einen Schweif ausbilden, dann ist meine Abschätzung sogar sehr zurückhaltend.

  3. #3 Florian Freistetter
    3. März 2011

    @Physiker: “Warum untersucht man nicht beispielsweise einen von uns aus gut überblickbaren (nahen) Bereich direkt nach interstellaren Kometen?”

    Weil das nicht so einfach ist wie es klingt. Kometen sind klein. Und im interstellaren Raum nicht beleuchtet. Die sind mehr oder weniger unsichtbar. Wir können ja nichtmal die Milliarden Kometen sehen, die sich nur ein paar zehntausend AU entfernt in der Oortschen Wolke befinden. Wie soll man da etwas im interstellaren Raum entdecken?

  4. #4 Bullet
    3. März 2011

    @FF: ich glaube, Physiker meint die interstellaren Kometen in unserem Sonnensystem, die man nur an ihrer Geschwindigkeit als interstellare Kometen erkennt (deswegen 3. kosmische Geschwindigkeit). Also sozusagen die, die von außen kommen und ins Solsystem eindringen.

  5. #5 Physiker
    3. März 2011

    … und laut Wikipedia sind das gar nicht mal so wenige:
    15% aller beobachteten Kometen beschreiben Hyperbelbahnen (es scheint aber auch viele zu geben, bei denen es nicht klar ist) – d.h. diese kamen entweder aus dem interstellaren Raum und/oder werden wieder in den interstellaren Raum zurückgeworfen – d.h. wir sehen solche Schneebälle schon seit Menschengedenken direkt vor unserer Nase…

  6. #6 Bullet
    3. März 2011

    Jetzt wo du es schreibst, fällts mir auch auf: ich hab schon als Kind in meinem ersten Astronomiebuch davon gelesen. Und jetzt plumpst es mir auf den Schädel: wo soll denn bitte eine hyperbolische Bahn sonst herkommen als von außen?

  7. #7 Anton
    3. März 2011

    “Und jetzt plumpst es mir auf den Schädel: wo soll denn bitte eine hyperbolische Bahn sonst herkommen als von außen?”

    Ein Objekt, das jahrmilliarden Jahre auf einer elleptischen Bahn kreiste, kann ja auch auf eine hyperbolische Bahn abgelenkt werden.

  8. #8 Florian Freistetter
    3. März 2011

    Naja, mit den hyperbelbahnen ist das so ne Sache. Viele der Kometen haben in Wahrheit wohl eine elliptische Bahn und kommen aus der Oortschen Wolke. Aber da sie SO weit enfternt sind, unterscheidet sich deren Bahn erstmal nicht messbar von einer hyberbolischen. Und die zehntausenden Jahre abzuwarten die so ein elliptischer Umlauf aus der Oortschen Wolke braucht um das zu bestätigen ist ein wenig schwer…

  9. #9 Physiker
    3. März 2011

    Ich muss zugeben, ich bin überrascht, dass der Unterschied in den Flugbahnen wohl nur so schwer/ungenau bestimmt werden kann. Dann nehme ich an, dass die Geschwindigkeit dieser Kometen wohl auch meistens ziemlich genau der entspricht, unser Sonnensystem knapp zu verlassen bzw. gerade noch festgehalten zu werden. Das überrascht micht wieder, denn das bedeutet dass entweder auch alle interstellaren Kometen eine sehr geringe Relativgeschwindigkeit zu unserem Sonnensystem haben, oder dass wir noch nie so einem interstellaren Kometen begegnet sind (was wiederum deren Häufigkeit in unserer Milchstraße *deutlich* nach unten korrigieren würde).

    @Anton:
    Stimmt. Das habe ich mir auch schon überlegt (daher meine umständliche Formulierung mit “und/oder”) – das kann aber genausogut beim weissen Zwerg passieren. Oder pustet eine Nova-Explosion alle evtl. noch vorhandenen Kometen aus weit entfernten Umlaufbahnen davon? Oder ist ein “DB dwarf” so alt, dass nur noch stabile Kometenumlaufbahnen übriggeblieben sind?

  10. #10 whamburg
    3. März 2011

    Der Komet Kohoutek(1973/74) war/ist wohl ein Kandidat aus dieser Klasse. War leider nicht wirklich eine große Vorstellung. Irgendwann kommt mal wieder einer.

  11. #11 Anton
    4. März 2011

    Ich zitier mal der Einfachheit wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Comet_Kohoutek

    Comet Kohoutek is a long period comet; its previous apparition was about 150,000 years ago, and its next apparition will be in about 75,000 years.[1] At its apparition in 1973 it had a hyperbolic trajectory (e > 1) due to gravitational perturbations from giant planets. Due to its path, scientists theorized that Kohoutek was an Oort Cloud Object. As such, it was believed likely that this was the comet’s first visit to the inner solar system, which would result in a spectacular display of outgassing. Infrared and visual telescopic study have led many scientists to conclude, in retrospect, that Kohoutek is actually a Kuiper belt object, which would account for its apparent rocky makeup and lack of outgassing.[2]