Das äußere Sonnensystem wird von einer besonderen Klasse eisiger Objekte bevölkert, die den Spitznamen „Weltraumschneemänner“ tragen – Planetesimale, die aus zwei verbundenen Kugeln bestehen. Eine neue Studie der Michigan State University bietet eine plausible Erklärung für ihre Entstehung und legt nahe, dass sie nicht durch heftige Kollisionen entstehen, sondern durch sanfte Verschmelzungen innerhalb wirbelnder Wolken aus kosmischem Staub.
Das Geheimnis der Kontakt-Binärdateien
Jenseits von Neptun, in der kalten Weite des Kuipergürtels, liegen Überreste aus der Frühzeit des Sonnensystems: Planetesimale. Diese eisigen Bausteine bildeten sich wahrscheinlich in rotierenden Scheiben aus Staub und Kieselsteinen, die die junge Sonne umkreisten. Im Jahr 2019 lieferte die NASA-Mission New Horizons die ersten Nahaufnahmen dieser schneemannähnlichen Strukturen, die als Kontaktbinärsysteme bekannt sind. Schätzungen gehen davon aus, dass zwischen 10 und 25 % der Planetesimale in dieser Region diese Doppelsphärenkonfiguration aufweisen könnten, der genaue Mechanismus hinter ihrer Entstehung blieb jedoch unklar.
Frühere Theorien blieben zurück
Frühere Versuche, die Bildung von Kontaktdoppelsternen zu modellieren, konzentrierten sich auf direkte Kollisionen zwischen Planetesimalen. Allerdings lieferten diese Simulationen durchweg perfekt kugelförmige Ergebnisse und konnten die beobachteten Schneemannformen nicht erklären. Das Problem bestand in der Vereinfachung von Planetesimalen als einzelne, große Körper und nicht als Aggregate kleinerer Teilchen.
Ein neuer Ansatz: Simulation von Partikelwolken
Forscher um Jackson Barnes wählten einen rechenintensiveren Ansatz. Anstatt Kollisionen zu modellieren, simulierten sie Planetesimale als Wolken aus einzelnen Kieselsteinen, die auf der Oberfläche des anderen ruhten. Mit dieser Methode konnten sie beobachten, wie sich diese Wolken verhielten, während sie sich drehten und verschmolzen.
Die Simulationen ergaben, dass sich die rotierenden Wolken unter bestimmten Bedingungen vor der Verschmelzung in zwei separate Planetesimale aufspalten würden. Diese binären Planetesimale drehten sich dann aufgrund der gegenseitigen Anziehungskraft spiralförmig nach innen und verschmolzen sanft zu einem Kontakt-Binärsystem. Dieses Modell erzeugt nicht nur Kugelformen, sondern auch flache, zigarrenförmige und vor allem schneemannförmige Planetesimale, abhängig von der Geschwindigkeit der Teilchen und der Stärke ihrer ineinandergreifenden Kräfte.
Langzeitstabilität und Zukunftsforschung
Einmal gebildet, können diese lose verbundenen Paare über Milliarden von Jahren stabil bleiben, da die großen Entfernungen im äußeren Sonnensystem das Risiko störender Kollisionen minimieren. Aktuelle Simulationen deuten darauf hin, dass Kontaktdoppelsterne etwa 4 % der Planetesimale ausmachen, etwas weniger als geschätzt. Barnes‘ Team glaubt, dass eine Erhöhung der Komplexität ihrer Simulationen durch das Hinzufügen weiterer Partikel und Größenbereiche die Genauigkeit verbessern könnte.
„Dies ist etwas, was wir derzeit detaillierter untersuchen, insbesondere im Hinblick auf die Entstehung von Tripelsystemen und deren Beziehung zur derzeit beobachteten Population von Relikttripeln im Kuipergürtel.“
Die Forschung weist auch auf das Potenzial für noch komplexere Strukturen hin, wie etwa dreifache Planetesimalsysteme, die einige der beobachteten Gruppierungen im Kuipergürtel erklären könnten. Dieses Modell bietet ein klareres Bild davon, wie diese ungewöhnlichen Objekte entstehen und in den entfernten Bereichen unseres Sonnensystems bestehen bleiben.
