Rätsel der Asteroidenpaare gelöst

Der Ursprung von Asteroiden, die zwar getrennt und unabhängig voneinander, aber auf dem gleichen Orbit die Sonne umkreisen, war bisher ungeklärt. Jetzt hat ein internationales Astronomenteam das Entstehungsrätsel dieser Asteroidenpaare gelöst. Ihre jetzt in „Nature“ veröffentlichte Studie zeigt, dass diese Paare aus der Spaltung eines gemeinsamen Ursprungsbrockens hervorgingen. Überraschenderweise spielt das Sonnenlicht dafür eine wichtige Rolle.

Die meisten Asteroiden des Sonnensystems konzentrieren sich im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Hier tummeln sich geschätzt mindestens eine Millionen Gesteinsbrocken allein in der Größe von einem Kilometer und mehr. Von diesen sind viele vermutlich keine massiven Boliden, sondern Ansammlungen von nur lose durch die Schwerkraft zusammengehaltenen kleineren Brocken. Dass diese „Kombi-Asteroiden“ zudem weitaus veränderlicher sind als gedacht, hat jetzt ein internationales Astronomenteam enthüllt.

Die Forscher untersuchten für ihre Studie 35 so genannte Asteroidenpaare: Asteroiden, die voneinander unabhängig und einzeln, aber im gleichen Orbit die Sonne umkreisen und sich im Laufe der letzten Millionen Jahre mindestens einmal bis auf wenige Kilometer und mit kaum unterschiedlicher Geschwindigkeit nahegekommen sind. Entdeckt wurde das Phänomen dieser getrennten Paare erstmals im Jahr 2008 durch den tschechischen Astronom David Vokrouhlicky. Wie sie aber entstanden sein könnten, war bisher unklar.

Asteroidenpaare mit rätselhaftem Ursprung

Petr Pravec vom Astronomischen Institut Tschechiens vermutete einen gemeinsamen Ursprung beider Asteroidenpartner, beispielsweise durch Spaltung eines größeren Ursprungsbrockens. Um dies zu erforschen, bat er Kollegen weltweit um Mithilfe und ermittelte gemeinsam mit ihnen für 35 solcher Asteroidenpaare zwei Charakteristiken: Die relative Helligkeit jedes Asteroiden, da diese wertvolle Rückschlüsse auf dessen Größe zulässt, sowie die jeweiligen Rotationsraten der Gesteinsbrocken.

„Es war klar, dass es nicht ausreichte, nur die Umlaufbahnen der gepaarten Asteroiden zu analysieren, um ihre Herkunft zu verstehen“, so Pravec. „Wir mussten die Eigenschaften der Objekte studieren, Wir setzten dafür photometrische Techniken ein, die es uns erlaubten die Rotationsraten und die relativen Größen zu bestimmen.“

Ist der eine Partner eines Doppelasteroiden deutlich kleiner, kann er manchmal entweichen... © NASA/JPL

Größenverhältnis bestätigt Theorie

Interessanterweise ergaben die Messungen, dass alle Asteroidenpaare ein ganz spezifisches Größenverhältnis zwischen dem größeren und kleineren Partner aufwiesen. Der kleinere Asteroid hatte immer weniger als 60 Prozent der Größe seines Partners. Dies passt gut zu einer Theorie, die der Astronom und Raumfahrtingenieur Daniel Scheeres von der Universität von Colorado in Boulder bereits 2007 aufgestellt hatte. Sie besagt, dass sich bei der Bildung eines Asteroidenpaars durch Spaltung beide nur dann trennen können, wenn der kleinere weniger als 60 Prozent der Größe seines Partners aufweist.

Abspaltung durch Rotation

Eine solche Spaltung kann dann auftreten, wenn sich ein aus losen Brocken zusammengesetzter Asteroid extrem schnell dreht. Sein Äquator beult sich, getrieben von der Zentrifugalkraft, dann immer mehr nach außen. Ist eine bestimmte Fluchtgeschwindigkeit erreicht, lösen sich Gesteinsbrocken aus der Äquatorgegend und sammeln sich in einem Orbit um den Ursprungsasteroiden. Im Laufe der Millionen Jahre verbinden sich diese Brocken zu einem zweiten, kleineren Asteroiden, so dass ein Doppelasteroid entsteht. Astronomen schätzen, dass zehn bis 15 Prozent aller kleineren Asteroiden im Weltall aus solchen sich umkreisenden Partnern bestehen könnten.

„Dieser langsame Prozess und nicht katastrophale Zerstörungen füllt die Population von Doppelasteroiden auf und erklärt auch die große Anzahl von Doppelasteroiden und ehemaligen Doppelasteroiden, die wir sehen“, erklärt Franck Marchis, Astronom an der Universität von Kalifornien in Berkeley. Unter bestimmten Umständen können sich die beiden Partner eines solchen Doppelsystems trennen und dann als getrenntes Paar ihre Bahn ziehen. Scheeres erläutert: „Der kleinere stielt Rotationsenergie von dem größeren, dadurch dreht sich der größere langsamer und die Umlaufbahn beider dehnt sich aus. Wenn der zweite Asteroid klein genug ist, gibt es ausreichend überschüssige Energie, um das Paar voneinander zu lösen und in ihre eigenen Orbits um die Sonne zu katapultieren.”

Sonnenlicht als Auslöser

Die vielleicht überraschendste Erkenntnis war jedoch, dass das Sonnenlicht eine Schlüsselrolle für die Spaltung der Asteroiden spielt. Bereits zuvor hatten Studien belegt, dass der so genannte „YORP“-Effekt (Yarkovsky–O’Keefe–Radzievskii–Paddack-Effekt) die Eigendrehung von Asteroiden beschleunigen kann. Bewirkt wird dies durch den Strahlungsdruck und die Erwärmung der Asteroidenoberfläche auf der jeweils der Sonne zugewandten Seite, die die Rotation allmählich verstärken. „Wie eine Zeitlupe der Reaktion einer Windmühle auf den Wind kann auch das Sonnenlicht über Millionen von Jahren die Rotation eines weniger als zehn Kilometer großen Asteroiden verändern“, erklärt Scheeres.

„Dies ist vielleicht der deutlichste Beleg aus Beobachtungsdaten, dass Asteroiden nicht einfach nur große Brocken im Orbit um die Sonne sind, die ihre Form die ganze Zeit beibehalten“, so der Forscher weiter. „Stattdessen handelt es sich um kleine Welten, die sich ständig verändern, wenn sie älter werden und manchmal auch kleinere Asteroiden bilden, die dann ihr eigenes Leben in einer Umlaufbahn um die Sonne beginnen.“

(University of Colorado, University of California – Berkeley, 26.08.2010 – NPO)