Lösung für ein kosmisches Rätsel
Die Auswirkungen eines Vorbeiflugs eines anderen Sterns auf das Sonnensystem
Neue Erkenntnisse deuten darauf hin, dass vor Milliarden von Jahren ein Stern sehr nahe an unserem Sonnensystem vorbeigeflogen sein könnte. Dadurch wurden tausende kleinere Himmelskörper im äußeren Sonnensystem außerhalb Neptuns Orbit auf stark geneigte Bahnen um die Sonne abgelenkt. Möglicherweise wurden dabei auch einige von ihnen von den Planeten Jupiter und Saturn als Monde eingefangen. Diese Erkenntnisse stammen von einem Team von Astrophysikern vom Forschungszentrum Jülich und der Universität Leiden in den Niederlanden.
Wenn wir an unser Sonnensystem denken, nehmen wir gewöhnlich an, dass es beim äußersten bekannten Planeten, Neptun, endet. „Es sind jedoch mehrere Tausend Himmelskörper bekannt, die sich jenseits der Neptunbahn bewegen“, erklärt Susanne Pfalzner, Astrophysikerin am Forschungszentrum Jülich. Vermutet werden sogar einige zehntausend Objekte, deren Durchmesser 100 Kilometer überschreitet. „Überraschenderweise bewegen sich viele dieser sogenannten Transneptunischen Objekte auf exzentrischen Bahnen, die gegenüber der gemeinsamen Bahnebene der Planeten des Sonnensystems geneigt sind.“
Susanne Pfalzner hat zusammen mit ihrem Jülicher Kollegen Amith Govind und Simon Portegies Zwart von der Universität Leiden mithilfe von mehr als 3000 Computersimulationen eine mögliche Ursache der ungewöhnlichen Umlaufbahnen untersucht: Könnte ein anderer Stern die seltsamen Bahnen Transneptunischer Objekte verursacht haben?
Die drei Astrophysiker fanden heraus, dass ein einzelner markanter, naher Vorbeiflug eines anderen Sterns die geneigten und exzentrischen Umlaufbahnen der bekannten Transneptun-Himmelskörper erklären kann. „Sogar die Bahnen von sehr entfernten Objekten können dadurch hergeleitet werden, wie etwa die des im Jahr 2003 entdeckten Zwergplaneten Sedna im äußersten Bereich des Sonnensystems. Und auch Objekte, die sich auf Umlaufbahnen nahezu senkrecht zu den Planetenbahnen bewegen“, so Susanne Pfalzner. Ein solcher Vorbeiflug kann selbst die Bahnen von 2008 KV42 und 2011 KT19 erklären – der beiden Himmelskörper, die sich in entgegengesetzter Richtung zu den Planeten bewegen.
„Die beste Übereinstimmung für das heutige äußere Sonnensystem, die wir mit unseren Simulationen gefunden haben, ist ein Stern, der etwas leichter als unsere Sonne war – etwa 0,8 Sonnenmassen“, erklärt Pfalzners Kollege Amith Govind. „Dieser Stern ist in einer Entfernung von etwa 16,5 Milliarden Kilometern an unserer Sonne verbeigeflogen. Das ist etwa 110-mal der Abstand zwischen Erde und Sonne, etwas weniger als das Vierfache der Entfernung des äußersten Planeten Neptun.“
Die überraschendste Erkenntnis der Wissenschaftler war jedoch, dass der Vorbeiflug eines fremden Sterns vor Milliarden von Jahren auch eine natürliche Erklärung für näherliegende Phänomene liefern könnte. Susanne Pfalzner und ihre Kollegen fanden heraus, dass in ihren Simulationen ein Teil der transneptunischen Objekte in unser Sonnensystem hineingeschleudert wurde – in die Region der äußeren Riesenplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun.
„Einige dieser Objekte könnten von den Riesenplaneten als Monde eingefangen worden sein“, sagt Simon Portegies Zwart von der Universität Leiden. „Das würde erklären, warum die äußeren Planeten unseres Sonnensystems zwei verschiedene Arten von Monden haben.“ Im Gegensatz zu den regulären Monden, die in der Nähe des Planeten auf kreisförmigen Bahnen umrunden, umkreisen die irregulären Monde den Planeten in größerer Entfernung auf geneigten, länglichen Bahnen. Bisher gab es für dieses Phänomen keine Erklärung. „Die Schönheit dieses Modells liegt in seiner Einfachheit“, so Pfalzner. „Es beantwortet mehrere offene Fragen zu unserem Sonnensystem mit nur einer einzigen Ursache.“
