Seltsames Aussehen von Asteroiden geklärt

Bennu und Ryugu sind zwei erdnahe Asteroiden mit einer diamanten­ähnlichen Form, über deren Entstehung Astronomen sich bislang den Kopf zerbrochen haben. Jetzt zeigen Simulationen eines inter­nationalen Forscher­teams, wie die besondere Form zustande kam: Durch Kollisionen. Die Ergebnisse könnten auch helfen, die Vorgänge bei der Entstehung der Erde besser zu verstehen.

Vor rund viereinhalb Milliarden Jahren war die junge Sonne von einer proto­planetaren Scheibe aus Gas und Staub umgeben. Über Jahr­tausende hinweg klumpte sich dieser Staub langsam zusammen und bildete immer größere Objekte. Diese kolli­dierten oft mitein­ander, manchmal zerschmet­terten sie sich gegen­seitig. Mit der Zeit jedoch bildeten sich daraus planetarische Bausteine und schließlich die Planeten. Auch heute noch zeugen Krater auf der Oberfläche von Himmels­körpern von diesen Kolli­sionen. Das gilt auch für Ryugu und Bennu, wie Aufnahmen der japanischen Raumsonde Hayabusa-2, sowie der US-amerikanischen OSIRIS-REx-Mission zeigen. Die beiden Asteroiden waren jedoch möglicher­weise nicht nur von Kolli­sionen betroffen, sondern sind sogar durch solche entstanden.

Die jüngsten Untersuchungen haben nicht nur gezeigt, dass beide Asteroiden in ihrer Form Diamanten ähneln, sondern auch, dass es sich weniger um Einzel­objekte handelt, sondern eher um Aggregate von Felsen, die durch die Schwerkraft zusammen­gehalten werden. Außerdem scheinen beide Asteroiden große Mengen an Kohlen­stoff zu enthalten. Das veranlasste die Forscher zu der Annahme, dass Ryugu und Bennu von größeren Asteroiden abstammen, vielleicht sogar von ein und demselben Objekt.

Dennoch zeigten weitere Beobachtungen, dass die beiden Asteroiden auch Unter­schiede aufweisen. Am bemerkens­wertesten sind die unter­schied­lichen Hydratations­werte: Ryugu scheint trockener zu sein als Bennu. Wenn die beiden Asteroiden tatsächlich vom selben Objekt stammen, wie können dann die unter­schied­lichen Hydratations­niveaus erklärt werden, wenn man ihre ausge­prägte Diamanten­formen in Betracht zieht?

An dieser Stelle kommen die Computer­simula­tionen ins Spiel. Für die aktuelle Studie hat Martin Jutzi von der Uni Bern die Kolli­sionen eines poten­ziellen Mutter-Asteroiden mit anderen Objekten modelliert und berechnet, wie sich dies auf die Dichte der Fragmente auswirken könnte. Mit Hilfe seiner Berechnungen konnte das Team zeigen, dass sich die Kollisions­fragmente wieder zusammen­setzen und die Diamanten­form bilden können.

Frühere Studien hatten angedeutet, dass die Form auf einen thermischen Effekt zurück­zu­führen ist, der die Rotations­geschwin­digkeit des Asteroiden beschleunigt und zu einer äquator­wärts gerichteten Verschiebung des Materials führt. Da dieser Effekt jedoch eine lange Zeit benötigt, um die Diamanten­form zu erzeugen, wäre es schwierig gewesen, ihn mit den sehr alten Kratern in Einklang zu bringen, die darauf hindeuten, dass die Form schon früh in der Geschichte der Asteroiden entstanden ist. „Wir konnten die These, dass die Form auf thermische Effekte zurück­zu­führen ist, nun also dank unserer Simula­tionen wider­legen“, erklärt Jutzi.

Jutzi und seine Kollegen zeigten auch, dass die Fragmente durch die Kollisionen unter­schied­lich stark erhitzt werden konnten. „Wir haben die Modelle zur Berechnung des verur­sachten Temperatur­anstiegs verbessert“, so Jutzi. Diese Erwärmung treibt die Verdampfung und den Verlust von Wasser in den Mineralien der Asteroiden an. Die unter­schied­liche Erwärmung könnte somit die Unter­schiede beim Wasser­verlust und den daraus resul­tierenden Hydratations­werten erklären.

Materialproben aus den beiden Asteroiden-Probe­nentnahme-Missionen werden es den Forschern ermöglichen, ihre Ergebnisse zu verifi­zieren. Die JAXA-Mission befindet sich derzeit auf dem Rückweg zur Erde. Wenn alles wie geplant verläuft, wird sie ihre Proben von Ryugu bis Ende des Jahres liefern. Die NASA-Raumsonde wird versuchen, ihre Proben von Bennu im Herbst zu sammeln und dürfte sie in etwas mehr als drei Jahren zur Erde zurück­bringen. Die Forscher hoffen, dass die Proben ihnen helfen werden, Ursprung, Entstehung und Entwicklung nicht nur von Ryugu und Bennu besser zu verstehen, wie Martin Jutzi sagt: „Indem wir diese Objekte betrachten, können wir idealer­weise auch unser Verständnis dafür verbessern, wie die planeta­rischen Bausteine entstanden sind, die schließlich die Erde geformt haben.“

U. Bern

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  P. Michel et al.: Collisional Formation of Top-Shaped Asteroids and Implications for the Origins of Ryugu and Bennu, Nat. Comm. 11, 2655 (2020); DOI: 10.1038/s41467-020-16433-z
• Theoretical Astrophysics and Planetary Science, Space Research & Planetary Sciences, Physikalisches Institut, Universität Bern, Schweiz
• Mission Hayabus-2, JAXA, Japan
• Mission OSIRIS-Rex, NASA, USA