3I/ATLAS: Dritter interstellarer Besucher zeigt 'hyperaktive' Wasserproduktion

3I/ATLAS: Der dritte interstellare Besucher offenbart eine „hyperaktive“ Wasserproduktion

Die Ankunft eines interstellaren Objekts (ISO) in unserem Sonnensystem bietet eine seltene und bedeutsame Gelegenheit, die Bausteine ferner Planetensysteme zu untersuchen, ohne unseren eigenen kosmischen Hinterhof zu verlassen. Der jüngste dieser Besucher, 3I/ATLAS, hat Astronomen eine Fülle von Daten geliefert, die bisherige Annahmen über die Zusammensetzung dieser nomadischen Körper infrage stellen. Während das erste interstellare Objekt, 1I/‘Oumuamua, als trockener, felsiger Splitter erschien und sich das zweite, 2I/Borisov, eher wie ein typischer Komet verhielt, hat sich 3I/ATLAS als „hyperaktiv“ erwiesen. Neue Forschungsergebnisse auf der Grundlage weltraumgestützter Beobachtungen deuten darauf hin, dass 3I/ATLAS Wasser in einem Ausmaß freisetzt, das auf eine bemerkenswert andere Entwicklungsgeschichte als bei seinen Vorgängern schließen lässt.

Eine Studie unter der Leitung von Hanjie Tan und Jian-Yang Li vom Planetary Environmental and Astrobiological Research Laboratory (PEARL) der Sun Yat-sen University zusammen mit Xiaoran Yan vom Institute of Applied Physics „Nello Carrara“ (IFAC–CNR) hat die Wasserproduktion von 3I/ATLAS während seiner kritischen Perihelpassage charakterisiert. Da die Flugbahn des Objekts es extrem nah an die Sonne führte, waren bodengestützte Teleskope aufgrund der Sonneneinstrahlung nicht in der Lage, es zu beobachten. Um diese Einschränkung zu umgehen, griffen die Forscher auf das Instrument Solar Wind ANisotropies (SWAN) an Bord des SOHO-Raumschiffs (Solar and Heliospheric Observatory) zurück, das Lyman-Alpha-Emissionen von neutralen Wasserstoffatomen überwacht – dem Nebenprodukt von Wassermolekülen, die durch Sonnenstrahlung gespalten werden.

Charakterisierung der hyperaktiven Natur von 3I/ATLAS

Das Kernergebnis der Untersuchung, die in einem aktuellen Entwurf für die American Astronomical Society veröffentlicht wurde, ist eine Spitzen-Wasserproduktionsrate ($Q_{\mathrm{H_2O}}$) nach dem Perihel von etwa $4 \times 10^{28}$ Molekülen pro Sekunde. Um dies einzuordnen: Die Forscher berechneten, dass dies einen minimalen „aktiven Anteil“ von etwa 30 % der Oberfläche des Objekts erfordert, ausgehend von einem maximalen Kernradius von 2,8 Kilometern. In der Kometenwissenschaft gilt ein aktiver Anteil dieser Größenordnung als „hyperaktiv“, da die meisten Kometen des Sonnensystems nur von einem geringen Prozentsatz ihrer Oberfläche aus sublimieren.

Dieses Aktivitätsniveau weist eine verblüffende Parallele zum Kometen 103P/Hartley 2 auf, einem bekannten hyperaktiven Kometen in unserem eigenen Sonnensystem. Tan und Kollegen vermuten, dass die hohe Produktionsrate wahrscheinlich nicht allein von der Kernoberfläche stammt, sondern vielmehr von einer „verteilten Quelle“ aus Eiskörnern. Als sich 3I/ATLAS der Sonne näherte, scheint er eine Wolke aus kleinen Eispartikeln abgestoßen zu haben, die gleichzeitig sublimierten und so eine größere effektive Oberfläche für die Wasserfreisetzung schufen, als es der feste Kern allein könnte. Dies deutet darauf hin, dass 3I/ATLAS ein Fragment eines viel größeren, an flüchtigen Stoffen reichen Planetesimals aus seinem Heimatsystem sein könnte.

Die Dynamik der Perihel-Asymmetrie

Einer der bedeutendsten Beiträge dieser Studie ist die Dokumentation einer „Perihel-Asymmetrie“ im Verhalten des Objekts. Durch den Vergleich ihrer Messungen nach dem Perihel mit früheren Daten vor dem Perihel entdeckte das Team, dass 3I/ATLAS nicht mit der gleichen Rate heller wurde und verblasste. Auf seinem Weg in Richtung Sonne stieg die Wasserproduktion stark an und skalierte mit $r_h^{-5.9 \pm 0.8}$ (wobei $r_h$ die heliozentrische Distanz ist). Beim Entfernen von der Sonne (outbound) war der Rückgang jedoch wesentlich flacher und skalierte mit $r_h^{-3.3 \pm 0.3}$.

Diese Asymmetrie liefert einen Fingerabdruck der thermischen Entwicklung des Objekts. Der steile Anstieg beim Anflug markierte wahrscheinlich den Übergang, als 3I/ATLAS die „Wasser-Eis-Sublimationslinie“ bei etwa 2 bis 3 AE überschritt, was ein plötzliches Erwachen ruhender flüchtiger Stoffe auslöste. Der flachere Rückgang nach dem Perihel deutet darauf hin, dass die während der größten Annäherung absorbierte thermische Energie die Aktivität weiter antrieb, selbst als sich das Objekt in die kälteren Regionen des Sonnensystems zurückzog. Die Forscher nutzten eine 3D-Monte-Carlo-Modellierung, um zu bestätigen, dass dieses Verhalten durch die Sonneneinstrahlung auf einen stabilen, aktiven Bereich gesteuert wurde und nicht durch einen einmaligen Ausbruch oder ein Fragmentierungsereignis.

Ein stabiler Bote aus der Galaxie

Trotz der intensiven Hitze im Perihel zeigte 3I/ATLAS eine bemerkenswerte strukturelle Stabilität. Im Gegensatz zu 2I/Borisov, der Anzeichen eines optischen Ausbruchs und eines raschen Rückgangs der Wasserproduktion in Sonnenndnähe zeigte, behielt 3I/ATLAS eine konstante Ausgasung bei. Laut dem Forschungsteam gab es während des Beobachtungsfensters von November bis Dezember 2025 „keine Anzeichen von Ausbrüchen oder einer raschen Erschöpfung der Wasserproduktion“. Diese Stabilität deutet auf eine homogene Zusammensetzung hin, bei der flüchtige Stoffe gleichmäßig in der Matrix des Kerns verteilt sind und nicht in isolierten Taschen eingeschlossen vorliegen.

Das dynamische Alter von 3I/ATLAS trägt weiter zu seinem Geheimnis bei. Mit einer hohen hyperbolischen Exzessgeschwindigkeit ($v_{\infty} \approx 58$ km/s) wird das Alter des Objekts auf 3 bis 11 Milliarden Jahre geschätzt. Dieses Alter impliziert, dass es in der frühen Geschichte der Galaxie entstand und möglicherweise sogar älter als unsere eigene Sonne ist. Seine „ursprüngliche“ Natur – nachdem es Milliarden von Jahren in der tiefen Kälte des interstellaren Raums verbracht hat – macht seine plötzliche, hyperaktive Reaktion auf die Sonnenwärme zu einem wichtigen Datenpunkt für das Verständnis der Planetesimalbildung in anderen Sternensystemen.

Vergleich der drei interstellaren Besucher

Die Entdeckung und Charakterisierung von 3I/ATLAS ermöglicht eine faszinierende Vergleichsstudie der drei bekannten interstellaren Objekte:

• 1I/‘Oumuamua: Scheinbar inaktiv, ohne nachweisbare Koma, was zu Theorien führte, die von einem Stickstoff-Eis-Fragment bis hin zu einem felsigen Splitter reichen.
• 2I/Borisov: Sehr reich an flüchtigen Stoffen mit einem hohen CO/H2O-Verhältnis, aber anfällig für Fragmentierung und Ausbrüche in Sonnenndnähe.
• 3I/ATLAS: Gekennzeichnet durch eine „hyperaktive“ Wasserproduktion und eine stabile, von Körnern dominierte Koma, was einige der aktivsten Kometen in unserem eigenen System widerspiegelt.

Diese Vielfalt deutet darauf hin, dass das „Standard“-ISO nicht existiert. Stattdessen scheint die Milchstraße von einer großen Vielfalt an Kleinkörpern bevölkert zu sein, welche die unterschiedlichen chemischen und thermischen Umgebungen der protoplanetaren Scheiben widerspiegeln, in denen sie entstanden sind.

Implikationen für die Zukunft der Kometenwissenschaft

Die Studie von Tan, Yan und Li unterstreicht die unverzichtbare Rolle weltraumgestützter Ressourcen wie SOHO in der modernen Astronomie. Ohne das SWAN-Instrument wäre die aktivste Phase von 3I/ATLAS für die Forscher eine „Black Box“ geblieben. Während sich die astronomische Gemeinschaft auf künftige Missionen vorbereitet – wie etwa den Comet Interceptor der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), der im Weltraum auf einen unberührten Kometen oder ein ISO warten soll, das in das System eintritt –, liefern die Daten von 3I/ATLAS einen Fahrplan dafür, was zu erwarten ist.

Mit Blick auf die Zukunft bietet die Stabilität und der Wasserreichtum von 3I/ATLAS Hoffnung, dass künftige interstellare Besucher mehr als nur flüchtige Schatten sein könnten. Wenn Objekte wie 3I/ATLAS häufig vorkommen, könnten sie als „galaktische Liefersysteme“ dienen, die Wasser und organische Moleküle über die gewaltigen Entfernungen zwischen den Sternen transportieren. Vorerst setzt 3I/ATLAS seine Reise zurück in die interstellare Leere fort und hinterlässt eine Spur von Daten, die unser Verständnis der wandernden Reisenden der Galaxie erheblich erweitert hat.