Dit artikel werd oorspronkelijk gepresenteerd op Bekend tijdschrift.
Op 17 en 18 oktober 2017 vloog een ongewoon object door het gezichtsveld van een grote telescoop nabij de top van een vulkaan op het Hawaiiaanse eiland Maui. De Pan-STARRS1-telescoop is ontworpen om de hemel te onderzoeken op voorbijgaande gebeurtenissen, zoals het langsvliegen van asteroïden of kometen. Maar dit was anders: het object was niet door zwaartekracht gebonden aan de zon, of aan enig ander hemellichaam. Het kwam ergens anders vandaan.
Het mysterieuze object was de eerste bezoeker uit de interstellaire ruimte die door het zonnestelsel werd waargenomen. Astronomen noemden het 1I/’Oumuamua, een Hawaïaans woord dat zich grofweg vertaalt naar ‘boodschapper van ver die als eerste arriveert’. Twee jaar later, in augustus 2019, ontdekte amateurastronoom Gennady Borisov de enige andere bekende interstellaire indringer, nu 2I/Borisov genaamd, met behulp van een zelfgebouwde telescoop in het MARGO-observatorium in Nauchni, de Krim.
Terwijl typische asteroïden en kometen in het zonnestelsel in een baan om de zon draaien, zijn ‘Oumuamua en Borisov hemelse nomaden, die het grootste deel van hun tijd door de interstellaire ruimte dwalen. Er werd aangenomen dat dergelijke kunstenaars in het zonnestelsel bestonden, maar wetenschappers verwachtten dat ze zeldzaam zouden zijn. ‘Ik had nooit gedacht dat we het zouden zien’, zegt astrofysicus Susanne Pfalzner van het Jülich Supercomputing Center in Duitsland. In ieder geval niet tijdens haar leven.
Met deze twee ontdekkingen vermoeden wetenschappers nu dat interstellaire indringers veel vaker voorkomen. Op dit moment, net binnen de baan van Neptunus, zouden er ongeveer 10.000 interstellaire objecten ter grootte van Oumuamu kunnen zijn, schat planetaire wetenschapper David Jewitt van de UCLA, co-auteur van de recensie uit 2023 van het huidige begrip van interstellaire interstellaire materie. Jaaroverzicht van astronomie en astrofysica.
Onderzoekers zijn druk bezig met het beantwoorden van fundamentele vragen over deze buitenaardse objecten, waaronder waar ze vandaan komen en hoe ze uiteindelijk door de Melkweg zwerven. De kunstenaars zouden ook een nieuwe manier kunnen bieden om de kenmerken van verre planetaire systemen te onderzoeken.
Maar eerst moeten astronomen er meer van vinden.
“We lopen momenteel een beetje achter”, zegt Jewitt. “Maar we verwachten er nog meer te zien.”
Buitenaardse oorsprong
Al sinds het begin van de 18e eeuw hebben astronomen de mogelijkheid van het bestaan van interstellaire objecten overwogen. Onlangs hebben computermodellen aangetoond dat het zonnestelsel lang geleden zijn eigen populatie kleinere hemellichamen naar de holtes van de interstellaire ruimte heeft gestuurd als gevolg van zwaartekrachtinteracties met de reuzenplaneten.
Wetenschappers verwachtten dat de meeste kunstenaars exokometen waren die uit ijzige materialen waren samengesteld. Borisov paste in dit profiel: hij had een staart gemaakt van gassen en stof gecreëerd door ijs dat verdampte tijdens zijn nauwe nadering van de zon. Dit suggereert dat de planeet zich in het buitenste deel van het planetenstelsel heeft gevormd, waar de temperaturen koud genoeg waren om gassen zoals koolmonoxide in de rotsen te laten bevriezen. Op een gegeven moment schopte iets Borisov, met een diameter van ongeveer een kilometer, uit zijn systeem.
Een mogelijke boosdoener is interstellair reizen. Volgens een recente studie onder leiding van Pfalzner kan de zwaartekracht van een passerende ster kleinere hemellichamen, bekend als planetesimalen, uit de buitenste regionen van het systeem wegstoten. Een gigantische planeet kan ook een object uit de buitenste regionen van het planetenstelsel werpen als een asteroïde of komeet zo dichtbij komt dat de zwaartekracht van de planeet het kleinere lichaam voldoende versnelt om aan de greep van zijn ster te ontsnappen. Dichtbij naderen kan ook plaatsvinden wanneer planeten door hun planetenstelsels migreren, zoals Neptunus zou hebben gedaan in het vroege zonnestelsel.
‘Oumuamua daarentegen is niet wat wetenschappers hadden verwacht. Waarnemingen suggereren dat het behoorlijk langwerpig is: misschien 240 meter lang en zo smal als 40 meter. En in tegenstelling tot Borisov vertoonde hij geen gas- of stofactiviteit, waardoor de mogelijkheid groter werd dat hij zich dichter bij zijn ster vormde, waar het te warm was om ijs te vormen. Als dit het geval zou zijn, zou een langsvliegende ster of een gigantische planeet het object waarschijnlijk niet uit zijn systeem kunnen trekken. In plaats daarvan kan het zijn uitgestoten tijdens de doodsstrijd van zijn ster: gaspulsen van een stervende ster kunnen planeten en planetesimalen naar buiten duwen, waardoor hun banen voldoende worden gedestabiliseerd om een aantal ervan de interstellaire ruimte in te sturen.
Het is echter mogelijk dat ‘Oumuamua zich in de koude buitengebieden van zijn systeem heeft gevormd en, toen het de zon naderde, een gasstaart ontwikkelde die niet door telescopen werd gedetecteerd. Eén aanwijzing is dat het object meer versnelde dan alleen op basis van de zwaartekracht van het zonnestelsel zou worden verwacht. Een recente studie suggereert dat een dergelijke toename mogelijk het gevolg is van kleine hoeveelheden waterstof die niet door de telescopen zijn gedetecteerd. Volgens een ander onderzoek hebben verschillende asteroïden in ons zonnestelsel mogelijk een soortgelijke impuls gekregen door het vrijkomen van waterdamp. Toekomstige waarnemingen door de James Webb Ruimtetelescoop en de uitgebreide JAXA Hayabusa2-missie (die in 2031 een ontmoeting zal hebben met een van deze asteroïden in het zonnestelsel, bekend als ‘donkere kometen’) kunnen lage niveaus van ontgassing aan het licht brengen.
‘We zullen moeten afwachten, maar het zouden analogen kunnen zijn van ‘Oumuamua’, zegt planeetwetenschapper Daryl Seligman van Cornell University, die samen met Jewitt een recensie schreef over interstellaire indringers.
Op zoek naar nomaden
Meer gegevens, van meer kunstenaars, kunnen een aantal van deze vragen helpen beantwoorden. Om deze gegevens te verzamelen, hebben wetenschappers een betere kans nodig om objecten te detecteren wanneer ze door het zonnestelsel gaan. ‘Als Pan-STARRS1 niet had opgemerkt waar we die nacht aan het werk waren, was ‘Oumuamua waarschijnlijk nooit gevonden’, zegt astronoom Robert Weryk, voormalig verbonden aan de Universiteit van Hawaï, die de indringer ontdekte in de gegevens van de telescoop.
Verwacht wordt dat het komende ruimte-tijdonderzoek bij het Vera C. Rubin Observatorium de kansen van astronomen zal vergroten om deze fast movers te vinden: vanaf 2025 zal de telescoop van het observatorium om de paar nachten de gehele zichtbare zuidelijke hemel in beeld brengen, en de hoofdspiegel wordt bijna zeven meter in diameter groter dan Pan-STARRS1, waardoor het zwakkere objecten op grotere afstand kan zien. Zodra de indringers zijn gedetecteerd, zullen telescopen op de grond en in de ruimte ze in beeld brengen om te proberen te bepalen waaruit ze zijn gemaakt. En als er een bereikbaar doelwit wordt ontdekt, kan de komeetinterceptor van de European Space Agency en de Japan Aerospace Exploration Agency, die in 2029 wordt gelanceerd, worden omgeleid om de bezoeker van dichtbij vast te leggen.
Uiteindelijk hopen astronomen een catalogus van interstellaire objecten op te stellen, vergelijkbaar met de inventaris van exoplaneten, die sinds de eerste ontdekking in 1992 is uitgegroeid tot meer dan 5.500 objecten. Die toekomstige inventaris zou onderzoekers kunnen helpen de al lang bestaande vraag te beantwoorden wat een typische aarde en zonnestelsel zijn als. De samenstelling van een groot aantal interstellaire objecten zou aanwijzingen kunnen opleveren over de samenstelling van objecten in exoplanetaire systemen, inclusief de objecten die leven zouden kunnen ondersteunen.
‘Planetesimalen zijn de bouwstenen van exoplaneten’, zegt astronoom Meredith Hughes van de Wesleyan Universiteit in Middletown, Connecticut. Dit betekent dat ze “informatie kunnen verschaffen over de diversiteit van de omgevingen, inclusief de omgevingen die bewoond zouden kunnen worden”.
Nu bevindt ‘Oumuamua zich buiten de baan van Neptunus, en komeet Borisov bevindt zich bijna net zo ver. Ze zullen hun reis terug naar de interstellaire ruimte voortzetten, waar iedereen kan raden wat er daarna zal gebeuren. Misschien zullen ze een eeuwigheid door de uitgestrekte leegten van de ruimte dwalen, of misschien worden ze gevangen door een ster. Of ze kunnen tegen een schijf van zich ontwikkelend gas en stof botsen in een nieuw planetenstelsel en hun reis helemaal opnieuw beginnen.
Astronomen schatten dat er mogelijk meer interstellaire objecten in de Melkweg zijn dan sterren in het zichtbare heelal. Het vinden van meer van hen zal een nieuwe manier bieden om de mysteries van de kosmos te onderzoeken.
“Het echt coole”, zegt Pfalzner, “is dat interstellaire objecten naar ons toe komen.”
Dit artikel verscheen oorspronkelijk in Knowable Magazine, een onafhankelijke journalistieke onderneming van Annual Reviews. Meld u aan voor de nieuwsbrief.