Schneemänner, die durch den Weltraum schweben: Weit entfernt von einer Fantasievorstellung erscheint diese Form tatsächlich auf einigen eisigen Objekten in den fernsten Regionen des Sonnensystems. Wie können derart besondere Strukturen entstehen?
Diese Objekte, Planetesimale genannt, sind Überreste aus der frühesten Zeit unseres Planetensystems. Sie bilden sich aus Staubscheiben, die junge Sterne umgeben, wo sich kleine Gesteinsbrocken unter dem Einfluss der Schwerkraft allmählich zusammenballen. Wie Schneeflocken, die sich verbinden, geben sie Anlass zu massereicheren Körpern, die für den Aufbau von Planeten entscheidend sind.
Kompositsbild des Kuipergürtel-Objekts Arrokoth, aufgenommen von der NASA-Sonde New Horizons im Jahr 2019.
Bildnachweis: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute Im Jahr 2019 bot die NASA-Mission New Horizons einen ersten Nahblick auf diese Kuriositäten. Die Bilder von Arrokoth, einem aus zwei verbundenen Kugeln bestehenden Planetesimal, bestätigten deren Existenz. Diese Beobachtung warf unmittelbar Fragen zu den in diesen fernen Regionen jenseits der Neptunbahn wirkenden Mechanismen auf.
Eine kürzlich in den
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlichte Studie liefert mit einem innovativen Ansatz Antwortelemente. Die Forscher modellierten die Planetesimale nicht als perfekte Kugeln, sondern als interagierende Teilchenwolken. Diese detailliertere Methode ermöglicht es, das individuelle Verhalten jedes einzelnen Gesteinsbrockens innerhalb des Systems zu verfolgen.
In diesen Simulationen können sich rotierende Wolken manchmal in zwei separate Ansammlungen aufspalten, die umeinander kreisen. Die Elemente verklumpen und nähern sich unter dem Einfluss ihrer gegenseitigen Anziehung langsam an, bis sie auf sanfte Weise in Kontakt treten. Diese Verschmelzung schafft verschiedene Formen, von Kugeln über längliche Strukturen bis hin zu schneemannförmigen Gebilden, abhängig von Geschwindigkeit und Zusammenhalt der Teilchen.
Die Ergebnisse zeigen, dass nur etwa 4 % der simulierten Planetesimale zu kontaktierenden Doppelsystemen (Binaries) werden – eine geringere Rate als in früheren Schätzungen. Die Wissenschaftler führen diese Diskrepanz auf die Grenzen der Computermodelle zurück, insbesondere hinsichtlich der Anzahl und Größe der verwendeten Teilchen. Eine Verbesserung dieser Parameter könnte den Anteil dieser besonderen Objekte in künftigen Simulationen erhöhen.
Ergebnisse von Simulationen.
Bildnachweis: Michigan State University Jacobson Lab
Die Forscher untersuchen nun die Möglichkeit ausgefeilterer Formationen, wie etwa Dreifachsysteme, in denen drei Planetesimale gemeinsam kreisen. Diese Arbeit könnte helfen, die Vielfalt der im Kuipergürtel beobachteten Objekte zu verstehen. Ohne Kollisionen, die sie destabilisieren, können diese Strukturen Milliarden von Jahren bestehen bleiben.
Quelle: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society