Hogyan alakultak ki az üstökösök?

A Rosetta űrszonda eredményei alapján bebizonyosodott, hogy az üstökösök az ősi Naprendszerben keletkeztek és nem későbbi törmelékek nagyobb jeges kisbolygók ütközései nyomán.

Az Európai Űrügynökség (ESA) Rosetta űrszondája éppen két éve, 2014. augusztus 6. óta végzi méréseit a 67P/Churyumov-Gerasimenko-üstökös (röv. 67P) magja közvetlen közelében.

Az eddigi vizsgálatok alapján a 67P magjának két nagyobb összetevője külön-külön alakult ki az ősi Naprendszerben, majd nagyon kis sebességgel (5 m/s-nál lassabban), rugalmas ütközéssel összetapadtak. Rövid ideig egybeforrva maradtak, majd a gyors tengelykörüli forgás szétválasztotta őket, de végül is nem távolodtak el messzire egymástól. Ezek után ismét közeledtek, végül a részletes számítógépes szimulációk szerint mintegy ötven órán belül végleg egybeforrtak, és így jött létre a ma is megfigyelhető meglepő, “gumikacsa” alak.

A NASA Sugárhajtómű Laboratóriumának (JPL) kutatója, Björn Davidsson és az általa vezetett kutatócsoport a Rosetta adatai alapján azt vizsgálta, hogy az üstökösök hogyan alakulhattak ki. Ugyanis a 67P magjának alakja, felszíni formái, valamint gáz- és porkibocsátási aktivitása felfedi az üstökösmag felszíni és belső szerkezetét, illetve a kis égitest képződésének lehetséges történetét.

Az üstökösmagok kialakulásának egyik modellje szerint a Naprendszer ősködének anyagából álltak össze a kis égitestek, amelyek később sem jelentős belső radioaktív fűtéssel, sem nagyobb ütközésekkel nem alakulnak át. Az ilyen módon kialakult üstökösmagokat ős-eredetinek tekinthetjük, amelyek szinte változatlan formában megőrizték a korai Naprendszerben működő fizikai és kémiai folyamatok lenyomatait és így egyfajta “időkapszuláknak” tekinthetők.

A másik elképzelés szerint az üstökösmagok a Neptunuszon túli kisbolygóöv (transzneptun-övezet) nagyobb jeges égitestjei közötti ütközések során keletkezett törmelékek. Az ősi Naprendszerben nem csak a belső térségekben, hanem még a transzneptun-zónában is gyakoriak voltak az ütközések, ezért akár ez a modell is igaz lehetne az üstökösökre. Ebben az esetben a különböző folyamatok erősen átalakíthatták a ma látható üstökösmagokat, amely esetben sokkal kevésbé hordoznának információkat az ősköd állapotáról.

Mindkét modell szerint kezdetben a jeges-poros szemcsék összeállása, illetve növekedése megy végbe a Naprendszer előtti ősködben, abban a csillagközi anyagfelhőben, amely már a Naprendszer kialakulása előtt is létezett. A szemcsék sokasága alkotja az üstökös-csírákat (ún. kometezimálokat), amelyek építőkockákként állnak össze az üstökösmagokban, illetve azok nagyobb összetevőiben. A nagyobb objektumok ütközési modelljében a legnagyobb testek belsejében a radioaktív fűtés és az ütközések növelik a hőmérsékletet, míg a nem ütközési modellben marad az ős-eredeti kialakulási hőmérséklet.

Davidsson és munkatársainak friss eredményei lehetővé tették az eddig meglévő két elképzelés közötti választást, az egyik modellt megtartva, a másikat pedig elvetve.

A Rosetta mérési adataiból Davidsson és kutatócsoportja az üstökösmag nagy porózusságát, a kialakulástól megmaradt kétatomos nitrogén molekula, oxigén és argon meglétét, a szuperillékony gázok (pl. széndioxid) jelenlétét emelik ki, amelyek a mag ős-eredetiségét támasztják alá. A mag felszíni alakzatai közül a kisebb építőkockák jelenléte, illetve nyomaik, az eredeti réteges szerkezet megmaradása a 67P magjának mindkét összetevőjén az ütközésmentességet, illetve magas hőmérsékletű folyamatok hiányát jelzik. A felszín szerkezete szintén a jeges-poros anyag kis belső összetartó erejét és kis szakítószilárdságát jelzi, ami így nem növekedett meg esetleges ütközések következtében. A kirajzolódó kép egyértelműen arra utal, hogy a 67P magja ténylegesen megőrizte eredeti állapotát a Naprendszer kialakulásának idejéből.

Természetesen korábban, más üstökösök közelében végzett űrszondás mérések is hasonló eredményre vezettek, de a friss kutatás minden korábbinál részletesebben és meggyőzőbben demonstrálja, hogy az üstökösök kutatásával tényleg bepillanthatunk a Naprendszer legkorábbi állapotának körülményei közé.

A bemutatott eredményeket részletesen az Astronomy and Astrophysics szakfolyóiratban megjelent tudományos közlemény ismerteti.