TESS beobachtet eine Eruption auf dem Kometen Wirtanen

Einzelbild aus der auf TESS-Daten basierenden Bildsequenz. (Credits: Farnham et al. / NASA)
Einzelbild aus der auf TESS-Daten basierenden Bildsequenz. (Credits: Farnham et al. / NASA)

Mit Daten des Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) haben Astronomen der University of Maryland in College Park (Maryland) eine vollständige Bildsequenz eines explosiven Ausbruchs von Staub, Eis und Gasen während der Annäherung des Kometen 46P/Wirtanen Ende 2018 erstellt. Das ist die bislang vollständigste und detailreichste Beobachtung der Entstehung und Zerstreuung des Ausbruchs auf einem Kometen. Die Teammitglieder berichten über ihre Ergebnisse in der Ausgabe der Astrophysical Journal Letters vom 22. November 2019.

TESS verbringt fast einen Monat lang mit der Beobachtung eines bestimmten Himmelsausschnitts. “Ohne Tag-Nacht-Zyklen und ohne atmosphärische Interferenzen haben wir eine sehr gleichförmige Langzeit-Beobachtung”, sagte Tony Farnham vom Department of Astronomy an der University of Maryland, der Hauptautor der Studie. “Wenn Kometen die Sonne umkreisen, können sie durch das Blickfeld von TESS fliegen. Wirtanen besaß aufgrund seiner engen Annäherung Ende 2018 eine hohe Priorität für uns, deshalb entschieden wir uns dafür, sein Aussehen auf den TESS-Bildern als Testfall zu verwenden, um zu sehen, was wir aus ihnen herausbekommen konnten. Wir taten das und wir waren sehr überrascht.”

“Während TESS hervorragend bei der Entdeckung von Planeten um nahe, helle Sterne ist, ermöglicht seine Beobachtungsstrategie so viel mehr spannende Wissenschaft”, sagte der TESS-Projektwissenschaftler Padi Boyd vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland). “Weil die TESS-Daten durch das Mikulsko Archive for Space Telescopes (MAST) schnell veröffentlicht werden, ist es aufregend zu sehen, wie Wissenschaftler die für sie interessanten Daten identifizieren und dann allerlei weitere wissenschaftliche Erkenntnisse jenseits der Erforschung von Exoplaneten gewinnen.”

Die normale Kometenaktivität wird durch Sonnenlicht ausgelöst, das die Eisteilchen nahe der Oberfläche des Kometenkerns verdampft. Die wegströmenden Gase reißen Staub vom Kern mit, um die Koma zu bilden. Von vielen Kometen ist jedoch bekannt, dass sie gelegentliche spontane Ausbrüche erfahren, die die Kometenaktivität deutlich aber vorübergehend ansteigen lassen können. Momentan ist nicht bekannt, was die Ausbrüche verursacht, aber sie stehen mit den Bedingungen auf der Kometenoberfläche in Zusammenhang.

Eine Reihe potenzieller Auslösemechanismen wurde vorgeschlagen, darunter ein thermales Ereignis, wobei eine Hitzewelle in eine Tasche hochgradig flüchtigen Eises eindringt und das Eis rasch verdampfen lässt, was eine explosive Aktivität zur Folge hat. Ein anderer Mechanismus beschreibt ein mechanisches Ereignis, bei dem eine Schlucht zusammenbricht und frisches Eis direktem Sonnenlicht aussetzt wird. Untersuchungen des Ausbruchverhaltens, insbesondere in den schwer zu beobachtenden frühen Aufhellungsphasen, können uns helfen, die physikalischen und thermalen Eigenschaften des Kometen zu verstehen.

Wirtanen war der Erde am 16. Dezember 2018 am nächsten, aber der Ausbruch fand früher während seiner Annäherung statt, am 26. September 2018. Das anfängliche Aufhellen des Ausbruchs trat in zwei verschiedenen Phasen auf, wobei auf einen eine Stunde langen Blitz eine langsamere zweite Phase folgte, in der er weitere acht Stunden lang heller wurde. Diese zweite Phase wurde wahrscheinlich durch die langsame Verbreitung von Kometenstaub aufgrund des Ausbruchs verursacht, wobei die Staubwolke insgesamt mehr Sonnenlicht reflektierte. Nach Erreichen seiner Spitzenhelligkeit wurde der Komet über einen Zeitraum von mehr als zwei Wochen stetig schwächer. Weil TESS alle 30 Minuten detailreiche Kompositbilder macht, konnte das Team jede Phase in allen Einzelheiten verfolgen.

Diese Animation zeigt einen explosiven Ausbruch von Staub, Eis und Gasen auf dem Kometen 46P/Wirtanen, der am 26. September 2018 stattfand. (Credits: Farnham et al. / NASA)
Diese Animation zeigt einen explosiven Ausbruch von Staub, Eis und Gasen auf dem Kometen 46P/Wirtanen, der am 26. September 2018 stattfand. (Credits: Farnham et al. / NASA)

“Mit sehr schnell aufeinander folgenden Aufnahmen im Zeitraum von 20 Tagen konnten wir Helligkeitsveränderungen sehr leicht erkennen. Dafür wurde TESS konzipiert, um seine Hauptaufgabe als Exoplaneten-Entdecker zu erfüllen”, sagte Farnham. “Wir können nicht vorhersagen, wann Kometenausbrüche passieren werden. Aber auch wenn wir irgendwie die Möglichkeit hätten, diese Beobachtungen zu planen, könnten wir es in Punkto Timing nicht besser machen. Der Ausbruch geschah wenige Tage nach Beginn der Beobachtungen.”

Das Team hat eine grobe Schätzung darüber gemacht, wie viel Material bei dem Ausbruch ausgestoßen worden sein könnte (etwa eine Million Kilogramm), was auf dem Kometen einen Krater von rund 20 Metern Durchmesser zurückgelassen haben könnte. Weitere Analysen der geschätzten Teilchengrößen in dem Staubschweif könnten helfen, diese Schätzung zu verbessern. Die Beobachtung weiterer Kometen wird auch helfen zu bestimmen, ob die mehrphasige Aufhellung bei kometaren Ausbrüchen selten ist oder häufig vorkommt.

TESS hat auch erstmals die Staubspur von Wirtanen registriert. Im Gegensatz zu einem Schweif aus Gas und Staub, der einem Kometen folgt und mit Annäherung an die Sonne wächst, besteht die Spur eines Kometen aus einem Gebiet mit größeren Stücken, die der Umlaufbahn des Kometen um die Sonne folgen. Der Schweif ändert seine Richtung aufgrund der Richtung des Sonnenwindes, wohingegen die Ausrichtung der Spur im Laufe der Zeit mehr oder weniger konstant bleibt.

“Die Spur folgt der Umlaufbahn des Kometen enger, während der Schweif versetzt ist, weil er durch den Strahlungsdruck der Sonne weggedrückt wird. Entscheidend an der Spur ist, dass sie das größte Material enthält”, sagte Michael Kelley, ein Wissenschaftler am Department of Astronomy und Co-Autor der Studie. “Schweifstaub ist sehr fein, vielmehr wie Rauch. Aber Spurstaub ist viel größer – ähnlich wie Sand und Kiesel. Wir denken, dass Kometen den Großteil ihrer Masse durch ihre Staubspuren verlieren. Wenn die Erde in die Staubspur eines Kometen gerät, sehen wir Meteorströme.”

Während die aktuelle Studie die ersten Ergebnisse beschreibt, freuen sich Farnham, Kelley und ihre Kollegen auf weitere Analysen von Wirtanen und andere Kometen in TESS’ Blickfeld. “Wir wissen auch nicht, was natürliche Ausbrüche verursacht, und letztendlich ist es das, was wir herausfinden wollen”, sagte Farnham. “Es gibt mindestens vier andere Kometen im selben Himmelsausschnitt, wo TESS diese Beobachtungen machte. In den Daten aus den ersten beiden Beobachtungsjahren von TESS werden insgesamt 50 Kometen erwartet. Aus diesen Daten kann viel hervorgehen.”

TESS ist eine NASA Astrophysics Explorer Mission unter Leitung und betrieben vom MIT in Cambridge (Massachusetts) und organisiert vom Goddard Space Flight Center. Zu den weiteren Partnern gehören Northrop Grumman in Falls Church (Virginia), das Ames Research Center der NASA im Silicon Valley (Kalifornien), das Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge (Massachusetts) das Lincoln Laboratory am MIT und das Space Telescope Science Institute in Baltimore. Mehr als ein Dutzend Universitäten, Forschungsinstitute und Observatorien weltweit nehmen an der Mission teil.

Quelle

(THK)

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