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Kollision zweier größerer Körper

Computersimulation gibt Aufschluss über „Churys“ rätselhafte Struktur

| Redakteur: Marc Platthaus

„Chury“ mit seiner zweiteiligen Struktur und dem zerbrechlichen „Hals“ dazwischen.
„Chury“ mit seiner zweiteiligen Struktur und dem zerbrechlichen „Hals“ dazwischen. (Bild: ESA/Rosetta/NAVCAM)

Er riecht nach faulen Eiern und Bittermandel und zieht Partikel hinter sich her, die zur Hälfte aus organischen Molekülen bestehen – der Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko, oder kurz „Chury“. Eine internationale Forschergruppe hat nun mithilfe von Computersimulation untersucht, wie Chury zu seiner hantelartigen Form gekommen ist.

Bern/Schweiz – Der zweiteilige Komet „Chury“ könnte nach einem heftigen Zusammenstoß größerer Körper entstanden sein. Solche Kollisionen gab es auch in einer späteren Phase unseres Sonnensystems – womit der Komet viel jünger sein kann als angenommen. Dies zeigen Computersimulationen einer internationalen Forschungsgruppe mit Beteiligung der Universität Bern.

In den Computersimulationen ließ das Forschungsteam große Kometenkerne heftig aufeinanderprallen und untersuchte, was danach geschah. „Die Berechnungen zeigten, dass sich ein großer Teil des Materials in vielen kleineren Körpern ansammelt“, erklärt Martin Jutzi vom Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern und Mitglied des Nationalen Forschungsschwerpunkts PlanetS. Die neuentstandenen Objekte haben unterschiedliche Größen und Formen, darunter gibt es viele längliche Körper, die zum Teil zweigeteilt sind wie der Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko. An dessen Erforschung war die Universität Bern bereits maßgeblich beteiligt, unter anderem mit dem Berner Massenspektrometer Rosina auf der Raumsonde Rosetta.

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24.10.14 - In 400 Millionen Kilometern Entfernung untersuchen derzeit zwei Massensspektrometer den Kometen Churyumov-Gerasimenko. Das Instrument Rosina auf der Raumsonde Rosetta hat bereits viel über „Chury“ herausgefunden – unter anderem, wie der Komet „riecht“. lesen

„Wir waren überrascht, dass bei den gewaltigen Kollisionen offenbar nur ein geringer Teil des Materials beträchtlich komprimiert und erhitzt wird“, sagt Martin Jutzi, Ko-Autor der nun publizierten Studie. Dieses Material fliegt zudem weg und trägt kaum zum Aufbau der verbleibenden kleineren Körper bei, die eine neue Generation von Kometenkernen bilden. Auf der dem Einschlagspunkt gegenüberliegenden Seite des Kometen überstehen flüchtige Stoffe selbst heftige Zusammenstöße. Deshalb hat die neue Kometengeneration ebenfalls eine geringe Dichte und ist reich an flüchtigen Stoffen – Eigenschaften, wie sie bei „Chury“ nachgewiesen wurden. Der entenförmige Komet kann also durchaus nach einer heftigen, späten Kollision entstanden sein und muss keineswegs aus der Anfangsphase des Sonnensystems stammen, wie immer wieder behauptet. Denn solche Zusammenstöße könnten auch relativ spät noch stattgefunden haben.

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Das Rezept für einen Kometen

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04.12.17 - Der Staub, den der Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko ins All spuckt, besteht etwa zur Hälfte aus organischen Molekülen. Zudem gehört das Material zu dem ursprünglichsten und kohlenstoffreichsten, das in unserem Sonnensystem bekannt ist; es hat sich seit seiner Entstehung kaum verändert. Zu diesen Ergebnissen kommt das Team von COSIMA – ein Instrument der Raumsonde Rosetta, die den Kometen untersucht hat. In ihrer aktuellen Studie analysieren die beteiligten Forsche so umfassend wie nie zuvor, aus welchen chemischen Elementen sich Kometenstaub zusammensetzt. lesen

Einschlag mit Spitzentempo von mehreren Kilometer pro Sekunde

Bereits in früheren Studien waren Martin Jutzi und Willy Benz, Astrophysiker am CSH der Universität Bern und PlanetS-Direktor, zum Schluss gekommen, dass „Chury“ seine zweiteilige Form nicht bei der Entstehung unseres Sonnensystems vor 4,5 Milliarden Jahren erhalten hat. Damals hatten die Forscher gezeigt, dass die Schwachstelle, der „dünne Hals“ zwischen den beiden Teilen, nicht mehrere Jahrmilliarden mit vielen Kollisionen hätte überstehen können. Sie zeigten hingegen, dass „Chury“ bei einem vergleichsweise sanften Einschlag entstanden sein könnte. „Nun haben wir sehr heftige Zusammenstöße untersucht, bei denen viel mehr Energie involviert ist“, erklärt Martin Jutzi. Die neuen Berechnungen bestätigen die früheren Resultate und erweitern die möglichen Entstehungsszenarien.

Das Forschungsteam untersuchte, was passiert, wenn verschieden große Körper in unterschiedlichen Winkeln mit Geschwindigkeiten von 20 bis zu 3000 Meter pro Sekunde aufeinanderprallen. Die Simulationen zeigten, dass sich kleine Fragmente in den Stunden und Tagen nach der Kollision sanft wieder zu vielen vorübergehenden Ansammlungen zusammenfügen. Die endgültige Form ist oft das Ergebnis von zwei oder mehr größeren Körpern, die mit sehr kleinen Geschwindigkeiten aufeinander treffen und so eine zweiteilige Struktur bilden.

Mögliche Erklärung für „Churys“ rätselhafte Strukturen

Während der Tagen und Wochen, in denen der Komet seine Form erhalten hat, sammelten sich auf ihm gemäß Simulation weiterhin kleine Teile aus der Umgebung an. In der Realität könnte dieses Material beim Auftreffen auf der Oberfläche flach gedrückt worden sein und so zu einer Schichtstruktur geführt haben. Wenn sich in diesem Stadium zudem grosse Blöcke anhäufen, werden so möglicherweise Hohlräume geschaffen, die sich zu ausgedehnten Gruben entwickeln können. Genau solche geologischen Strukturen hat die Rosetta-Mission auf „Chury“ entdeckt – Beobachtungen, die bisher als rätselhaft galten. „Unsere Ergebnisse bekräftigen nicht nur, dass der Komet Chury viel jünger sein kann als bisher angenommen, sondern liefern möglicherweise auch eine Erklärung für seine auffälligen Strukturen“, sagt Jutzi.

Das Video zeigt verschiedene Simulationen von Kometenkollisionen (© Université Côte d’Azur/Universität Bern).

Originalpulbikation: St. Schwartz, P. Michel, M. Jutzi, S. Marchi, Y. Zhang, D. Richardson: Catastrophic disruption as the origin of bilobate comets, Nature Astronomy, 2018, 05. März 2018, https://doi.org/10.1038/s41550-018-0395-2

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