Computermodelle deuten darauf hin, dass vor Milliarden von Jahren, als unser Sonnensystem noch jung war, ein Stern heranfegte, der etwas Sonnenmaterial stahl und seltsame Umlaufbahnen von Objekten des Kuipergürtels erzeugte.
Künstlerkonzept eines neuen Sonnensystems aus einer Scheibe aus Gas und Staub. Bild via NASA JPL-Caltech / Max-Planck-Institut.
Woher wissen wir, wie unser Sonnensystem geboren wurde? Astronomen blicken nach außen, um andere Sonnensysteme im Entstehungsprozess zu sehen. Sie nutzen auch die Werkzeuge der modernen Astronomie - Physik und leistungsstarke Computer -, um mögliche Szenarien für die Entstehung unserer Sonne, der Erde und anderer Planeten in der Nähe zu erstellen. Und dann schauen sie näher nach Hause und versuchen herauszufinden, ob ihre Computermodelle mit den in unserem Sonnensystem beobachteten übereinstimmen. Auf diese Weise haben Astronomen über Jahrzehnte hinweg das Szenario unseres Sonnensystems aufgebaut, das sich aus einer Scheibe aus Gas und Staub im Weltraum entwickelt. Aber die Modelle stimmen natürlich nie mit der Realität überein genau.
Ein Rätsel war, dass die kumulative Masse aller Objekte jenseits von Neptun - im sogenannten Kuipergürtel - viel kleiner ist als erwartet. Außerdem haben die Körper dort größtenteils geneigte, exzentrische Umlaufbahnen im Gegensatz zu den Umlaufbahnen der Hauptplaneten, die alle mehr oder weniger in einer einzigen Ebene liegen und nahezu kreisförmig sind. Diesen Monat präsentierten Susanne Pfalzner vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und ihre Kollegen eine neue Studie - basierend auf Computermodellen -, die zeigt, dass ein benachbarter Stern - der nach diesem Modell Möglicherweise geschah dies vor Milliarden von Jahren, als sich unser Sonnensystem bildete - kann einige dieser Rätsel erklären. Es kann sowohl den beobachteten Mangel an Objekten im äußeren Teil des Sonnensystems als auch die exzentrischen, geneigten Bahnen dieser Objekte erklären.
Darüber hinaus zeigt diese neue Arbeit, dass noch viele weitere Körper mit hoher Neigung entdeckt werden müssen, darunter möglicherweise ein manchmal postulierter Planet X.
Die begutachtete Astrophysical Journal veröffentlichte diese Ergebnisse am 9. August 2018. Pfalzner sagte in einer Erklärung:
Unsere Gruppe hat jahrelang darüber nachgedacht, was Vorbeiflüge mit anderen Planetensystemen bewirken können, und dabei nie daran gedacht, dass wir tatsächlich in einem solchen System richtig leben könnten. Die Schönheit dieses Modells liegt in seiner Einfachheit.
In der Erklärung heißt es weiter:
Das grundlegende Szenario für die Entstehung des Sonnensystems ist seit langem bekannt: Unsere Sonne wurde aus einer kollabierenden Gas- und Staubwolke geboren. Dabei bildete sich eine flache Scheibe, auf der nicht nur große Planeten, sondern auch kleinere Objekte wie die Asteroiden, Zwergplaneten usw. wuchsen. Aufgrund der Ebenheit der Scheibe würde man erwarten, dass die Planeten in einer einzigen Ebene umkreisen, es sei denn, danach geschah etwas Dramatisches. Wenn man das Sonnensystem bis zur Umlaufbahn von Neptun betrachtet, scheint alles in Ordnung zu sein: Die meisten Planeten bewegen sich auf ziemlich kreisförmigen Umlaufbahnen und ihre Umlaufbahnneigungen variieren nur geringfügig. Jenseits von Neptun werden die Dinge jedoch sehr chaotisch. Das größte Rätsel ist der Zwergplanet Sedna, der sich auf einer geneigten, stark exzentrischen Umlaufbahn bewegt und so weit außerhalb liegt, dass er von den Planeten dort nicht zerstreut werden konnte.
Etwas außerhalb der Umlaufbahn von Neptun passiert etwas Seltsames. Die kumulative Masse aller Objekte sinkt dramatisch um fast drei Größenordnungen. Dies geschieht ungefähr in der gleichen Entfernung, in der alles unordentlich wird. Es mag zufällig sein, aber solche Zufälle sind in der Natur selten.
Susanne Pfalzner und ihre Mitarbeiter vermuten, dass sich ein Stern der Sonne schon früh näherte, um den größten Teil des äußeren Materials von der protoplanetaren Scheibe der Sonne zu „stehlen“ und das übrig gebliebene Material in geneigte und exzentrische Bahnen zu werfen. Sie führten Tausende von Computersimulationen durch und überprüften, was passieren würde, wenn ein Stern ganz in der Nähe vorbeikommt und die einmal größere Scheibe stört. Es stellte sich heraus, dass die beste Anpassung für die heutigen äußeren Sonnensysteme von einem störenden Stern stammt, der die gleiche Masse wie die Sonne hatte oder etwas heller (0,5-1 Sonnenmassen) und ungefähr dreimal so weit wie Neptun vorbeiflog.