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Webb- und Hubble-Daten zeigen weniger winzige Körper jenseits Neptuns
Jenseits des Neptun gibt es offenbar weniger winzige Himmelskörper als manche Modelle der Planetenentstehung erwarten lassen, während eine besonders tiefe Suche mit dem James-Webb-Weltraumteleskop überraschend ähnliche Größenverteilungen bei zwei dynamisch verschiedenen Populationen zeigt. Das liefert neue Hinweise darauf, wie die ersten festen Bausteine der Planeten im jungen Sonnensystem entstanden.
Greenbelt (U.S.A.). Jenseits der Neptunbahn kreisen unzählige kleine, meist eisige Körper, die als transneptunische Objekte oder TNOs bezeichnet werden und als weitgehend erhaltene Überreste aus der frühen Phase der Planetenbildung gelten. Ihre Größenverteilung kann deshalb verraten, welche Körper damals besonders häufig entstanden und wie stark spätere Kollisionen diese ursprüngliche Verteilung verändert haben.
Bisher blieb gerade das kleine Ende dieser Verteilung schwer zugänglich, weil die fernen Körper extrem lichtschwach sind, doch mit dem James-Webb-Weltraumteleskop und gleichzeitig aufgenommenen Hubble-Daten konnten Astronomen nun deutlich kleinere TNOs erfassen als zuvor vom Boden aus. Die Beobachtungskampagne entdeckte 27 neue TNOs, darunter einen Körper mit nur etwa fünf Kilometern Durchmesser.
Ein Team um die Doktorandin Marielle Eduardo von der University of Victoria (UVic) hat daraus die Größenverteilung der besonders lichtschwachen Objekte untersucht und dabei zwei dynamisch verschiedene Gruppen verglichen. Die sogenannten kalten TNOs bewegen sich auf relativ kreisförmigen Bahnen nahe der Ebene des Sonnensystems und gelten als Körper, die ungefähr dort geblieben sind, wo sie entstanden.
Die dynamisch heißen TNOs besitzen dagegen stärker elliptische und geneigte Bahnen. Nach dem gängigen Bild entstanden viele von ihnen ursprünglich zwischen den heutigen Bahnen von Uranus und Neptun und wurden nach außen verlagert, als die Riesenplaneten ihre Positionen im jungen Sonnensystem veränderten. Damit stammen die beiden Populationen aus unterschiedlichen Bereichen der damaligen Materiescheibe und haben sehr verschiedene dynamische Geschichten.
Trotz dieser Unterschiede ist die Größenverteilung der kalten und heißen TNOs insgesamt überraschend ähnlich, was dafür spricht, dass die Bildung der ersten planetaren Bausteine in beiden Entstehungsregionen ein vergleichbares Spektrum an Körpergrößen hervorbrachte. Das Ergebnis gilt, obwohl die dortigen Bedingungen nicht gleich waren.
„Es ist sehr interessant, dass der Prozess der Planetesimalbildung am Ende dieselbe Größenverteilung für die kalten und heißen Populationen hervorbringt, obwohl sie in unterschiedlichen Regionen des frühen Sonnensystems entstanden sind. Der Prozess scheint gegenüber den Bedingungen in der Scheibe unempfindlich zu sein und erzeugt ähnliche Planetesimalgrößen, unabhängig davon, ob die Scheibe heiß oder kalt sowie dicht oder locker ist“, sagt Marielle Eduardo.
Noch auffälliger ist das kleine Ende der Verteilung, denn die Forscher fanden weniger sehr kleine TNOs, als einige Modelle der Planetenentstehung erwarten lassen. Gerade diese schwachen Objekte sind für solche Vergleiche wichtig, weil bodengebundene Teleskope in diesem Größenbereich schnell an ihre Nachweisgrenze stoßen. Das Webb-Teleskop erreichte bei der gemeinsamen Suche etwa fünfmal kleinere Durchmesser als die empfindlichsten Beobachtungen vom Boden.
Der Befund setzt damit Modelle unter Druck, die eine größere Zahl winziger Planetesimale vorhersagen, doch aus der beobachteten Verteilung allein lässt sich noch nicht ableiten, welcher Teil des Unterschieds auf die ursprüngliche Bildung der Körper und welcher auf ihre spätere Kollisionsgeschichte zurückgeht. Die neue Stichprobe erweitert vor allem den bisher kaum untersuchten Größenbereich und liefert dadurch eine deutlich strengere Vergleichsbasis.
Die Ergebnisse zeigen zugleich, dass die beiden dynamischen TNO-Populationen trotz ihrer verschiedenen Herkunft nicht zwangsläufig verschiedene Größenmuster bewahrt haben. Weitere tiefe Durchmus