Nach den meisten Maßstäben ist der Weltraum außerordentlich leer und enthält im Durchschnitt nur ein Proton pro vier Kubikmeter Volumen. In diesem kosmischen Ozean, der so unverständlich trostlos und riesig ist, ähneln ganze Galaxien verstreuten Flecken von Meerschaum — ganz zu schweigen von den Sternen, Planeten und anderen kleineren Objekten, die gegen die Leere zur Bedeutungslosigkeit verblassen. Denn zufällige Materieklumpen, die in der Tiefe treiben, um sich irgendwie zu finden, scheinen an das Wundersame zu grenzen.
Doch finden sie einander, und zwar in überraschender Zahl. Sterne und Planeten schleudern routinemäßig kleinere Objekte in den interstellaren Raum als unausweichliche Folge der Orbitalmechanik. Und die jüngste Entdeckung von ‚Oumuamua – einem mysteriösen und ersten interstellaren Objekt seiner Art, das zufällig ausspioniert wurde, als es letztes Jahr in der Nähe unserer Sonne vorbeikam – bestätigt dies. Statistische Extrapolationen deuten darauf hin, dass eine Billiarde Billionen ähnlicher Objekte noch unsichtbar in den dunklen Räumen zwischen den Sternen der Milchstraße lauern könnten, so viele, dass es immer einen so weit entfernten Passanten geben sollte, der durch die imaginäre Sphäre fliegt, die von der Erdumlaufbahn um unseren Stern begrenzt wird. Mit einer geschätzten Größe von etwa einem halben Kilometer stellt ‚Oumuamua in mancher Hinsicht die Spitze des interstellaren Eisbergs dar; So wie Sandkörner die großen Felsen an einem Strand bei weitem übertreffen, sollte es für jeden ‚Oumuamua-großen Körper, der durch die Galaxie wandert, viele, viele weitere Objekte geben, die noch kleiner sind. Wissenschaftler kennen bereits viele mikroskopisch kleine interstellare Einwanderer – kosmische Strahlen und mikrongroße Sternenstaub-Flecken, die gelegentlich auf Raumfahrzeuge treffen —, aber außer ‚Oumuamua wurde nie etwas Größeres definitiv gefunden.
Nun sagen zwei Forscher — Avi Loeb, Lehrstuhl für Astronomie an der Harvard University, und Harvard—Student Amir Siraj -, dass sich das geändert hat und argumentieren, dass ein bescheidener Meteor, der im Januar 2014 beobachtet wurde, tatsächlich ein Ausgestoßener von einem anderen Stern war. Sie beschreiben ihr Ergebnis in einem Preprint, der zur Peer-Review-Veröffentlichung in den Astrophysical Journal Letters eingereicht wurde. Wenn dies bestätigt wird, könnte der Befund dazu beitragen, eine neue Grenze bei der Erkennung und Untersuchung interstellarer Meteore zu eröffnen.
Eine hyperbolische Behauptung
„Frühere Ansätze für dieses Problem waren wie die Suche nach Ihren Schlüsseln unter einem Laternenpfahl, wo unsere Sonne die Lampe ist, die ihre Umgebung beleuchtet, und vorbeifahrende interstellare Objekte die Schlüssel sind“, erklärt Loeb. „Das ist eine gute Technik — so wurde’Oumuamua gefunden – aber es schränkt dich wirklich ein, besonders wenn du versuchst, die Zusammensetzung eines Objekts herauszufinden.“
Für ihre Studie verwendeten Loeb und Siraj eine andere Methode und suchten nach Beweisen für interstellare Objekte in mehr als drei Jahrzehnten Daten des Center for Near Earth Object Studies (CNEOS), einem von der NASA betriebenen globalen Katalog von Meteoren, die von Netzwerken von Sensoren der US-Regierung entdeckt wurden.
Da es viel mehr interstellare Objekte in kleineren Größen geben sollte, sagt Loeb: „Es besteht eine gute Chance, dass diese uns als Meteore erscheinen, da die Chancen, dass sie die Erde schneiden, höher sind.“ Die Beobachtung der hellen Spur eines Meteors, während er in der Atmosphäre unseres Planeten verbrennt, kann nicht nur die Größe und Zusammensetzung des Objekts, sondern auch seine Flugbahn und Geschwindigkeit in Bezug auf die Erde und die Sonne aufdecken. Wenn die abgeleitete Einfallsgeschwindigkeit eines Meteors etwa 42 Kilometer pro Sekunde überschreitet — die Fluchtgeschwindigkeit des Sonnensystems in der Nähe der Erde —, könnte seine Flugbahn als „hyperbolisch“ angesehen werden, was bedeutet, dass es sich um einen „ungebundenen“ interstellaren Passanten handeln könnte, der sich zu schnell bewegt, um von der Schwerkraft der Sonne erfasst zu werden.
Nur ein Ereignis in der CNEOS-Datenbank erfüllte die konservativen Kriterien von Loeb und Siraj: ein Feuerball vor der Küste Papua-Neuguineas am 8. Januar 2014. Laut der Analyse der CNEOS-Daten des Paares war der Meteor einen halben Meter groß und massierte fast 500 Kilogramm, trat mit fast 44 Kilometern pro Sekunde in die Erdatmosphäre ein, bevor er hoch über dem Pazifik explodierte. Bezeichnenderweise zeigte die Spur des Meteors, dass er die Erde nicht frontal getroffen hatte, wie man es von einem sich schnell bewegenden, aber einheimischen Objekt in einer retrograden Umlaufbahn um unseren Stern erwarten könnte. Stattdessen schien es von hinten hereingestürzt zu sein und unseren Planeten zu überholen, als sich die Erde um die Sonne bewegte — was darauf hindeutet, dass seine tatsächliche Geschwindigkeit in Bezug auf unser Sonnensystem über 60 Kilometer pro Sekunde lag. Loeb und Siraj rekonstruierten den wahrscheinlichsten Weg des Objekts zur Erde und fanden keine früheren engen Begegnungen mit Jupiter oder anderen großen Körpern, die seine Geschwindigkeit erhöht haben könnten.
Der Fall, dass der Meteor ein Gestein von einem anderen Stern war, schien fast zu gut, um wahr zu sein, zumal CNEOS-Daten am besten mit Vorsicht interpretiert werden. Die Hauptquellen des Katalogs sind klassifizierte Erdbeobachtungssatelliten des US-Militärs, die die Helligkeit, Orientierung und Dauer von Feuerbällen aufzeichnen können, die in die Atmosphäre unseres Planeten eindringen. Aus Gründen der nationalen Sicherheit weigert sich die Regierung, Informationen über mögliche Unsicherheitsquellen bei den geheimen Messungen der Satelliten zu veröffentlichen.
„Zuerst habe ich es nicht geglaubt“, sagt Siraj. Eine Woche lang überprüften er und Loeb wiederholt ihre Analyse der CNEOS-Daten und kamen immer zu dem gleichen Schluss: Der Meteor muss interstellaren Ursprungs gewesen sein. Letztendlich entschieden sie sich, ihre Methoden an einem anderen, viel besser untersuchten Ereignis zu testen – dem 20—Meter-Meteor, der 2013 in der russischen Stadt Tscheljabinsk explodierte und Verwüstungen anrichtete. Anhand von Videoaufnahmen des Tscheljabinsker Feuerballs „haben wir seine Umlaufbahn mit unseren Methoden abgeleitet, und es war eine sehr enge Übereinstimmung“, sagt Siraj. „Als ich das sah, dachte ich:’Oh mein Gott, das ist echt.“
Ein interstellarer Ursprung des Lebens?
Die geschätzte extreme Geschwindigkeit des Meteors war nicht nur viel höher als die von Objekten, die die Sonne umkreisen, sondern auch weit über dem, was für andere nahe gelegene Systeme typisch wäre, die durch die dünne, mit Sternen besetzte Scheibe der Milchstraße wirbeln. Das, sagt Loeb, bedeutet, dass seine mutmaßlichen interstellaren Ursprünge ausgesprochen exotisch sind. „Entweder kam es von einem Stern in der dicken Scheibe der Galaxie“, sagt er, „oder es kam von der dünnen Scheibe der Galaxie, aus inneren Regionen eines Planetensystems, in denen Objekte mit höheren Geschwindigkeiten umkreisen.“
Die Analyse des Paares legt auch nahe, dass interstellare Objekte dieser Größenordnung die Erde mindestens einmal pro Jahrzehnt treffen — was bedeutet, dass vielleicht fast eine halbe Milliarde während ihrer 4,5-Milliarden-jährigen Geschichte auf unseren Planeten geregnet hat. Sterne in unserer Nähe sollten im Laufe ihres Lebens zwischen 0,2 und 20 Erdmassen solcher Objekte ausstoßen, schätzen Loeb und Siraj — und zu jeder Zeit in der Größenordnung von einer Million sollten sie sich irgendwo in der Erdumlaufbahn um die Sonne befinden.
Solche Möglichkeiten haben tiefgreifende Auswirkungen. „Einige dieser Objekte könnten möglicherweise Leben zwischen Planetensystemen übertragen“, sagt Loeb und bezieht sich auf eine breite Theorie, die als Panspermie (altgriechisch für „alle Samen“) bekannt ist, die postuliert, dass das Leben zuerst im Weltraum begann und leicht zwischen Planeten wandern kann. Im Prinzip könnten außerirdische Mikroben, die in Gesteinen geschützt sind, die durch einen riesigen Aufprall auf eine lebensspendende Welt in den Weltraum gesprengt wurden, eine interstellare Reise und einen feurigen Eintritt in die Atmosphäre eines Planeten überleben. Einige Forscher haben postuliert, dass dies sogar die frühe Entstehung des Lebens auf der Erde erklären könnte, die laut Fossilienbestand vor mehr als vier Milliarden Jahren mit schockierender Schnelligkeit auftrat, praktisch sobald unser Planet kühl genug wurde, um flüssiges Wasser aufzunehmen. „Wenn dieser Meteor tatsächlich interstellar ist, zeigt er einen Proof of Concept“, sagt Loeb. „Sicher, es ist verbrannt, aber größere, seltenere werden es nicht. Und wir brauchen nicht jedes Jahrzehnt einen Aufprall, um die frühe Erde zu säen.“
Selbst wenn der Meteor von Loeb und Siraj es geschafft hätte, die Erdoberfläche zu erreichen, schlagen andere Experten für das arkane Thema Panspermie vor, dass er nichts Lebendiges mit sich gebracht hätte. „Wahrscheinlicher ist, dass dieses Objekt nicht von einem bewohnbaren (viel weniger bewohnten) Körper stammt, sondern von einem gefrorenen, kometenartigen Körper“, sagt Benjamin Weiss, Planetenwissenschaftler und Meteoritenexperte am Massachusetts Institute of Technology. Grundsätzlich, sagt Weiss, ist die Behauptung, dass dieser spezielle Weltraumfelsen interstellar war, problematisch. „Der verwendete Meteoritenkatalog meldet keine Unsicherheiten über die ankommende Geschwindigkeit“, stellt er fest. „Diese Unsicherheiten müssen quantifiziert werden, bevor dieser Meteor als interstellar akzeptiert werden kann.“
Unbekannte Unsicherheiten
Das ist auch die Ansicht von Paul Chodas, dem Manager des CNEOS-Katalogs am Jet Propulsion Laboratory der NASA. „Wir bei CNEOS posten einfach die Fireball-Daten, die uns gemeldet werden; Wir haben keine Informationen über die Unsicherheiten“, sagt er.
Im März dieses Jahres, so Chodas, hätten er und andere CNEOS—Mitarbeiter den Papua-Neuguinea-Meteor von 2014 aufgrund ihrer eigenen Berechnungen seiner Umlaufbahn als potenziell interstellar markiert – dieses Ergebnis jedoch aufgrund von Bedenken hinsichtlich der Datenqualität nicht veröffentlicht. Loeb und Sirajs „ziemlich außergewöhnliche“ und „hochspekulative“ Behauptung, sagt er, „basiert auf nur wenigen Zahlen, die wahrscheinlich sehr unsicher sind.“ (In ihrer Arbeit zitieren Loeb und Siraj frühere Arbeiten, die berichten, dass die typische Unsicherheit des CNEOS-Katalogs für die Geschwindigkeit eines metergroßen Meteors weniger als einen Kilometer pro Sekunde beträgt — ein unbedeutender Offset in der enormen gemessenen Geschwindigkeit ihres Kandidaten interstellarer Feuerball.)
Auf die Frage nach Unsicherheiten im CNEOS Fireball-Katalog stellt Lindley Johnson, der „Planetary Defense Officer“ der NASA, fest, dass seine Einträge die Verwendung von Daten „auf eine Weise darstellen, wie sie ursprünglich nie beabsichtigt war.“ Obwohl ursprünglich als einfache Liste von Feuerballzeiten, -orten und -energieniveaus konzipiert, begann der Katalog vor mehr als einem Jahrzehnt auch, Schätzungen der Geschwindigkeit und Direktionalität für besonders datenreiche Ereignisse einzubeziehen, in der Hoffnung, dass Forscher diese Projektionen verwenden könnten, um Meteoritentrümmerfelder von großen Feuerbällen aufzuspüren, die über Land auftraten. Bald nutzten besonders mutige Analysten diese Projektionen, um in die Vergangenheit zu blicken und die potenziellen Umlaufverläufe von Meteoren zusammenzusetzen, um sie und alle von ihnen produzierten Meteoriten mit bestimmten Asteroidenfamilien zu verknüpfen. Das war „schon Dehnung der Glaubwürdigkeit in den Daten über alles, was wirklich wissenschaftlich gültig“, sagt Johnson. „Möchten Sie nun basierend auf so dürftigen Daten spekulieren, dass einige interstellare Objekte sein könnten? Das streckt wirklich die Glaubwürdigkeit über den Bruchpunkt für mich.“
Peter Brown, ein planetarischer Astronom und führender Meteorologe an der kanadischen Western University, sagt, dass, obwohl der CNEOS—Katalog im Durchschnitt von sehr hoher Qualität ist, die Gültigkeit eines einzelnen Datenpunkts — insbesondere für kleinere Meteore – fraglich bleibt. „Statistisch denke ich, dass die abgeleiteten Umlaufbahnen, Geschwindigkeiten und Trajektorien des Katalogs in Ordnung sind“, sagt er. „Aber wir wissen einfach nicht, welche gut und welche schlecht sind.“ Darüber hinaus“, sagt Brown, “ hat von den Tausenden von kleinen Feuerbällen, die zuvor von anderen unabhängigen Vermessungen mit bodengestützten Kameras und Radarstationen entdeckt wurden, keiner eindeutig eine hyperbolische Flugbahn gezeigt. „Wenn ein Zehntel oder zwanzigstel Prozent der Bevölkerung hyperbolisch wäre, wie Loeb und Siraj behaupten, würde man erwarten, dass die Daten von bodengestützten Netzwerken eine ganze Reihe von Hyperbolien enthalten – aber das sehen wir nicht.“
Trotzdem fügt Brown hinzu: „Es ist eine fantastische Sache, dass andere aus verschiedenen Disziplinen kommen und ihre eigenen Ansätze auf diesen reichen Datensatz anwenden …. Interstellare Meteoriten müssen die Erdatmosphäre treffen, und Feuerbälle sind der natürliche Weg, um nach ihnen zu suchen. Wir müssen sie nur überzeugend finden, auf eine Weise, die nicht als Messunsicherheiten abgetan werden kann.“
Dies ist natürlich Teil von Loebs und Sirajs großartigem Plan. Der nächste Schritt auf der Suche nach interstellaren Meteoren besteht darin, sicherzustellen, dass potenziell hyperbolische Feuerbälle nicht nur erkannt, sondern auch charakterisiert werden können. Mit der richtigen Ausrüstung beobachtet, kann das Licht eines Feuerballs in ein mehrfarbiges Spektrum zerlegt werden, das als „Barcode“ dient, um die chemische Zusammensetzung des Objekts zu enthüllen — ein kritischer Hinweis darauf, ob es sich um unsere Sonne gebildet hat oder nicht.
„Alle paar Jahre sollten wir einen dieser hyperbolischen Meteore haben“, sagt Loeb. „Wenn wir nur sicherstellen, dass Beobachter Feuerbälle mit übermäßigen Geschwindigkeiten markieren, sollten wir in der Lage sein, spektroskopische Untersuchungen durchzuführen, um das Spektrum jedes einzelnen zu erhalten, wenn es in der Atmosphäre verbrennt, und tatsächlich einen Ursprung außerhalb unseres Sonnensystems zu demonstrieren. Dies ist sicherlich etwas, in das es sich zu investieren lohnt!“