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James-Webb-Weltraumteleskop beobachtet Geburt eines Jupiter-Kometen
Ein kleiner Eisweltkörper jenseits der Jupiterbahn ist nach einer gravitativen Begegnung mit Saturn deutlich aktiver geworden. Beobachtungen von 450P/LONEOS zeigen eine wachsende Staubkoma und vor allem Kohlendioxidgas, während Wasserdampf und Kohlenmonoxid nicht nachgewiesen wurden. Ein thermisches Modell verbindet diese Aktivität mit einer Erwärmung des Inneren nach der Bahnänderung von 1992.
Orlando (U.S.A.). Zentauren ziehen auf instabilen Bahnen zwischen den Riesenplaneten um die Sonne und gelten als mögliche Vorstufen kurzperiodischer Kometen. Nur ein Teil dieser Körper zeigt eine sichtbare Koma, obwohl ihre eisreichen Kerne Material aus den äußeren Regionen des frühen Sonnensystems bewahren können.
450P/LONEOS ist dafür ein ungewöhnlich gut dokumentierter Fall. Der Körper wurde 2003 bereits mit einer Staubhülle entdeckt, verschwand danach viele Jahre aus dem Blick und konnte 2022 mit Gemini North wiedergefunden werden. Damals erschien er zunächst punktförmig und weitgehend inaktiv.
Forscher der University of Central Florida (UCF) um Charles A. Schambeau haben Beobachtungen von Gemini North aus den Jahren 2019 bis 2024 mit einer Infrarotmessung des James-Webb-Weltraumteleskops von 2023 verbunden. Ihre Bahnrückrechnung zeigt, dass eine enge Begegnung mit Saturn im Jahr 1992 die große Halbachse und den sonnennächsten Bahnpunkt von 450P deutlich verkleinerte. Dadurch erhält der Körper seitdem mehr Sonnenenergie.
„Zentauren sind wissenschaftlich wichtig, weil sie als Übergangsobjekte gelten, die weiter draußen im Sonnensystem entstanden sind und sich langsam zu Kometen der Jupiterfamilie entwickeln. In diesem Sinn ermöglichen sie uns, relativ ursprüngliches Material aus dem äußeren Sonnensystem zu untersuchen, während es beginnt, auf die stärkere Erwärmung durch die Sonne zu reagieren“, erklärt Charles A. Schambeau.
Die Gemini-Aufnahmen grenzen den Radius des Kerns auf etwa 1,8 ± 0,5 Kilometer ein. Zwischen 2023 und Anfang 2024 wurde die zuvor kaum erkennbare Koma deutlicher, während die geschätzte Staubproduktion von rund vier auf etwa acht Kilogramm pro Sekunde stieg. Der Aktivitätsbeginn lag demnach zwischen 7,83 und 7,23 Astronomischen Einheiten Entfernung von der Sonne.
Entscheidend ist die Infrarotspektroskopie vom 3. September 2023. Sie zeigt eine deutliche Kohlendioxid-Emission mit einer Produktionsrate von 6,99 ± 0,07 × 10²⁴ Molekülen pro Sekunde. Emissionen von Wasserdampf und Kohlenmonoxid blieben dagegen unter den Nachweisgrenzen von 1,2 × 10²⁴ beziehungsweise 5,2 × 10²⁴ Molekülen pro Sekunde.
Im reflektierten Licht fanden die Forscher zugleich Absorptionsmerkmale von Wassereis. Ein Modell der Staubkörner passt am besten zu einer Mischung mit rund 33 Volumenprozent Eis und überwiegend etwa 5,9 Mikrometer großen Partikeln. Ein schwaches Merkmal bei 3,1 Mikrometern ist mit kristallinem Wassereis vereinbar, gilt aber nicht als eindeutiger Nachweis.
„Der Nachweis von Kohlendioxid war wichtig, weil damit direkt eines der Gase identifiziert wurde, das die Aktivität wahrscheinlich antreibt. In der Entfernung von 450P von der Sonne ist der Kern zu kalt, als dass die normale Sublimation von Wassereis die Hauptquelle der Aktivität sein könnte, daher liefert uns der Nachweis von CO₂ einen wichtigen Hinweis darauf, was die Koma antreibt. Das mögliche kristalline Wassereis ist ebenfalls interessant, weil es darauf hindeutet, dass ein Teil des Eises in der Koma erwärmt oder physikalisch verändert wurde, statt seit seiner Entstehung völlig unverändert geblieben zu sein“, erklärt Charles A. Schambeau.
Das Team hat die Bahnentwicklung seit etwa 1500 mit einem vereinfachten thermischen Modell verknüpft. Vor der Saturnbegegnung lagen die modellierten Oberflächentemperaturen ungefähr zwischen 105 und 125 Kelvin. Danach stiegen sie zeitweise auf etwa 125 bis 170 Kelvin, wobei sich die Wärme verzögert in den Untergrund ausbreitet.