Astronomen zien niets – en dat is belangrijk

Een jaar geleden ontdekten sterrenkundigen voor het eerst een bezoeker van buiten ons zonnestelsel. Dit object, ‘Oumuamua, is bekeken met bijna alle beschikbare telescopen, inclusief de zeer gevoelige Spitzer infrarood ruimtetelescoop. Alleen, ondanks een observatietijd van maar liefst 33 uur bleek ‘Oumuamua te zwak om zichtbaar te zijn voor Spitzer. Toch konden sterrenkundigen hierdoor belangrijke conclusies trekken. Hun analyse van de bezoeker is op 14 november gepubliceerd door het Astronomical Journal. ‘Als andere interstellaire objecten er ook zo uitzien, is er iets mis met onze modellen van planeetvorming’, zegt RUG sterrenkundige Michael Mueller.

In oktober 2017 ontdekten sterrenkundigen een object dat leek op een asteroïde in een merkwaardige baan. Al snel stelden ze vast dat het object afkomstig was van buiten het zonnestelsel en inmiddels weer weg vloog van de zon. ‘De eerste waarneming is gedaan met de Pan-STARRS telescoop, die is gebouwd om asteroïden te vinden die in de buurt van de aarde komen’, legt Michael Mueller uit. Hij werkt aan het MIRI-instrument voor de James Webb Space Telescope bij SRON en het Kapteyn Instituut van de RUG, maar is ook betrokken bij onderzoek van asteroïden die in de buurt van de aarde komen.

Bezoeker

Het Amerikaanse congres heeft ruimtevaartorganisatie NASA opgedragen om dit soort asteroïden op te sporen, omdat ze het leven op aarde kunnen bedreigen – denk aan de asteroïde die vermoedelijk een einde maakte aan de dinosauriërs. ‘Het gevolg van die opdracht is dat we telescopen hebben die speuren naar nieuwe objecten aan de hemel’, zegt Mueller. ‘Dat leverde eerder al een paar objecten op die mogelijk van buiten het zonnestelsel kwamen, maar iedere keer bleek dat na extra metingen toch niet zo te zijn.’ Tot oktober 2017 dus, toen het object dat inmiddels ‘Oumuamua is gedoopt als eerste werd erkend als een bezoeker uit de interstellaire ruimte.

Dat zorgde bij astronomen voor race om zoveel mogelijk observaties te doen, voor het object te ver weg zou zijn. ‘De eerste resultaten lieten zien hoeveel licht het object reflecteerde. De lichtcurve toonde sterke variaties, wat betekent dat het object vermoedelijk langwerpig is en tuimelt.’ De verhouding tussen lengte en breedte is geschat op 6:1, ‘Oumuamua is vermoedelijk sigaarvormig, al is een pannenkoekvorm niet uitgesloten. Maar de grootte van het object was niet te meten in zichtbaar licht. ‘De resolutie was daarvoor niet voldoende.’

Beoordeling

Een gevoeliger manier om de grootte te meten is via thermische straling, de hoeveelheid opgenomen energie die ‘Oumuamua weer uitstraalt in het infraroodgebied. En zo werd Mueller bij het object betrokken, hij maakt deel uit van een team dat asteroïden bestudeerd met de Spitzer infrarood telescoop. ‘We hebben protocollen voor dit soort observaties. Gebaseerd op onze modellen van asteroïden en de informatie over de weerkaatsing van zichtbaar licht berekenden wij dat 33 uur observeren belangrijke informatie zou opleveren.’

Het team deed een aanvraag voor ‘Director’s Discretionary Time’, tijd die de wetenschappelijk directeur van de telescoop naar believen kan inzetten. Na een snelle maar zorgvuldige beoordeling kregen ze hun 33 uur. ‘En dat is heel veel tijd’, merkt Mueller op. ‘De meeste sterrenkundigen zijn al blij met een uur op deze telescoop.’

Geen spoor

In november 2017, een maand na de ontdekking van ‘Oumuamua, werd Spitzer dus 33 uur gericht op de plek waar het object zich moest bevinden. Maar toen de gegevens binnenkwamen bleek er geen spoor te zien van het object. ‘Dat is op zich al belangrijke informatie’, legt Mueller uit. Ze konden nu een bovengrens bepalen voor de hoeveelheid thermische straling die het object uitzendt. De eerst conclusie is dat het niet heel groot kan zijn, maximaal 140 meter lang. ‘Een groter object zou zoveel thermische energie uitstralen dat het zichtbaar was geweest.’

Een tweede conclusie is dat het object niet veel koolmonoxide of kooldioxide uitstoot, omdat deze gassen goed zichtbaar zijn in het infrarood dat Spitzer kan opvangen. Uitstoot van deze gassen verwacht je bij een komeet-achtig object, en het zou hebben verklaard waarom ‘Oumuamua versnelde toen het wegvloog uit het zonnestelsel: warmte van de zon zorgt voor uitstoot van gas, wat werkt als een straalmotor. ‘Optische observaties laten ook al geen uitstoot van stof zien, en stof komt vrij als er water verdampt. Dus het object lijkt niet op een komeet. Het kan een standaard steen zijn, misschien met een ruw oppervlak waardoor het relatief koud is.’ Fijn zand aan het oppervlak, zoals op de maan, werkt als een isolerende deken en zorgt voor een hogere temperatuur.

Herzien

Deze conclusies waren onverwacht. ‘Interstellaire objecten zijn uit hun eigen zonnestelsel weggevlogen. Dat is eenvoudiger voor komeet-achtige objecten, die zich vormen in de buitenste regionen van zo’n stelsel, waar juist veel vluchtige stoffen zijn’, zegt Mueller. Maar ‘Oumuamua lijkt een stenig object dat je zou verwachten in de binnenste regio van een zonnestelsel. Het is natuurlijk het eerste interstellaire object dat is onderzocht, dus het hoeft niet representatief te zijn. ‘Maar als andere interstellaire objecten er ook zo uitzien, is er iets mis met onze modellen van planeetvorming’, concludeert Mueller.

Hij verwacht dat we meer van dit soort interstellaire objecten gaan zien in de nabije toekomst. ‘Door de intensievere jacht op potentieel gevaarlijke asteroïden gaan we zeker meer van dit soort bezoekers van tussen de sterren zien.‘

Referentie: David E. Trilling et al: Spitzer Observations of Interstellar Object 1I/‘Oumuamua. Astronomical Journal, December 2018, DOI 10.3847/1538-3881/aae88f

Zie ook dit persbericht: NASA Learns More About Interstellar Visitor 'Oumuamua