Wenig kleine Körper im Kuipergürtel

Der Kuipergürtel erstreckt sich von der Neptunbahn weit über die Bahn Plutos ins All hinaus bis in eine Entfernung von etwa fünfzig Astronomischen Einheiten von der Sonne. Astrophysiker sehen in dieser Region ein Überbleibsel aus der Entstehungszeit des Sonnensystems. Über tausend Kuipergürtel-Objekte, kurz KBO nach der englischen Bezeichnung „Kuiper belt objects“, sind inzwischen bekannt, insgesamt werden in der Region über 100.000 Himmelskörper größer als hundert Kilometer vermutet. Objekte kleiner als hundert Kilometer sind von der Erde aus mit Teleskopen allerdings kaum zu beobachten, nur wenige konnten bislang zweifelsfrei identifiziert werden. Deshalb müssen die Forscher bislang zu kleineren Größen hin auf Basis plausibler Szenarien extrapolieren.

In erster Linie findet dabei das Szenario des „Kollisions-Gleichgewichts“ Verwendung: Einerseits entstehen durch Zusammenstöße immer wieder kleinere Bruchstücke, andererseits bilden sich durch Verschmelzungen kleinerer Körper immer wieder größere – so stellt sich schließlich eine Gleichgewichtsverteilung ein. Tatsächlich sagt dieses Szenario sehr gut die Größenverteilung von Himmelskörpern im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter voraus. Für den Kuipergürtel gilt das jedoch nicht, wie jetzt eine Analyse amerikanischer Wissenschaftler zeigt.

Kelsi Singer vom Southwest Research Institute in Boulder in den USA und ihre Kollegen, die Überwiegend zu den wissenschaftlichen Teams der Raumsonde New Horizons gehören, haben sie hochaufgelösten Bilder der Oberflächen von Pluto und seinem größten Mond Charon ausgewertet, die von der US-amerikanischen Mission im Juli 2015 zur Erde gefunkt worden waren. New Horizons hat beim Durchfliegen des Pluto-Systems jeweils etwa vierzig Prozent der Oberflächen der beiden Himmelskörper mit Auflösungen zwischen 76 und 865 Metern pro Pixel fotografiert.

Seit der Entstehung des Sonnensystems vor 4,5 Milliarden Jahren sind immer wieder Objekte des Kuipergürtels auf Pluto und Charon herabgestürzt und haben dort Einschlagkrater hinterlassen. Aus der Verteilung der Größen dieser Krater lasse sich also, so Singer und ihre Kollegen, auf die Verteilung der Größen der Objekte im Kuipergürtel schließen. Zwar sind auch die Oberflächen von Pluto und Charon Veränderungen durch geologische Prozesse und durch Erosion unterworfen. Doch den Forschern gelang es, Regionen – wie etwa die Vulcan Planitia auf Charon – zu identifizieren, die über vier Milliarden Jahre alt sind und so eine Art Archiv der Einschläge über die gesamte Geschichte des Sonnensystems hinweg darstellen.

Das Ergebnis der Analyse: Unterhalb einer Größe von 13 Kilometern nimmt die Zahl der Krater stark ab, was auf eine geringe Anzahl von Objekten im Kuipergürtel hindeutet, die kleiner als zwei Kilometer sind. Dieser Befund steht im Widerspruch zu den Vorhersagen des Kollisions-Gleichgewichts, denn dieses Szenario produziert eine Größenverteilung, die sich gleichförmig zu kleinen Objekten hin erstreckt.

Demnach wären die Himmelskörper im Kuipergürtel weit weniger durch Kollisionen und Verschmelzungen verändert als etwa die Asteroiden im inneren Sonnensystem. Aus der Untersuchung der Kuipergürtel-Objekte – einschließlich aus dem Kuipergürtel stammender Kometen wie beispielsweise Churyumov–Gerasimenko („Tschuri“) – können die Astrophysiker also tatsächlich wie erhofft etwas über die Frühgeschichte des Sonnensystems lernen.

Rainer Kayser

JOL