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VLT
Nickel und Eisen in Kometenatmosphären
von Stefan Deiters
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20. Mai 2021

Bei Beobachtungen mit dem Very Large Telescope der europäischen Südsternwarte ESO haben Forschende überraschend Nickel und Eisen in den Atmosphären von zahlreichen Kometen nachweisen können. Bislang hatte man Spuren dieser Elemente nur bei sehr sonnennahen Schweifsternen beobachtet. Auch beim interstellaren Kometen 2I/Borisov fand sich Nickel.

Komet

Eisen und Nickel wurden in den Atmosphären zahlreichen Kometen wie C/2016 R2 (PANSTARRS) nachgewiesen. Bild: ESO / L. Calçada, SPECULOOS Team / E. Jehin, Manfroid et al. [Großansicht]

"Es war für uns eine große Überraschung, Eisen- und Nickelatome in der Atmosphäre aller etwa 20 Kometen nachweisen zu können, die wir in den letzten zwei Jahrzehnten beobachtet haben", so Jean Manfroid von der Universität Lüttich in Belgien, der die jetzt vorgestellte Studie leitete. Dabei fanden sich diese Elemente sogar bei Kometen, die sich gerade relativ weit von der Sonne entfernt befanden.

Dass Elemente wie Eisen und Nickel in Kometen existieren, war von den Forscherinnen und Forschern erwartet worden. Doch sollten sie sich eigentlich nicht in so großer Entfernung in den dünnen Atmosphären der Kometen nachweisen lassen, da sie bei den dortigen geringen Temperaturen eigentlich nicht in ihren gasförmigen Zustand übergehen, also sublimieren. Jetzt wurden aber Nickel- und Eisendämpfe auch bei Kometen gefunden, die sich drei Mal weiter von der Sonne entfernt befinden als die Erde.

Interessant dabei war auch die Entdeckung, dass sich in den Kometenatmosphären Nickel und Eisen in gleich großen Mengen fanden. Dies ist deswegen spannend, da sich in Meteoriten in der Regel eine zehn Mal größere Menge an Eisen im Vergleich zu Nickel nachweisen lässt. "Kometen entstanden vor etwa 4,6 Milliarden Jahren, im sehr jungen Sonnensystem, und haben sich seit dieser Zeit nicht verändert. In diesem Sinne sind sie wie Fossilien für die Astronomie", erläutert Emmanuel Jehin von der Universität Lüttich.

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Das belgische Team hatte mit dem Very Large Telescope (VLT) der europäischen Südsternwarte ESO seit fast zwanzig Jahren zahlreiche Kometen beobachtet, die Spuren von Nickel und Eisen bei ihren spektralen Untersuchungen aber lange übersehen: "Diese Entdeckung blieb viele Jahre lang unter dem Radar", so Jehin.

Bei ihren Analysen der Daten des Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph des VLT waren ihnen aber schließlich doch einige nicht identifizierte Spektrallinien aufgefallen, die sich bei näherer Betrachtung als Hinweise auf neutrale Nickel- und Eisenatome herausstellten. Ihr Anteil ist allerdings gering: Das Team schätzt, dass sich für 100 Kilogramm Wasser in der Kometenatmosphäre jeweils nur ein Gramm Eisen und Nickel finden.

"Normalerweise gibt es zehn Mal mehr Eisen als Nickel. In diesen Kometenatmosphären fanden wir aber ungefähr die gleiche Menge für beide Elemente", unterstreicht Damien Hutsemékers von der Universität Lüttich. "Wir kamen zu dem Schluss, dass sie von einer speziellen Art von Material auf der Oberfläche des Kometenkerns stammen könnten, das bei einer ziemlich niedrigen Temperatur sublimiert und Eisen und Nickel in etwa den gleichen Anteilen freisetzt."

Um welches Material es sich dabei handeln könnte, kann das Team derzeit noch nicht sagen, hofft aber auf künftige Untersuchungen, auch mit ganz neuen Teleskopen wie dem Extremely Large Telescope. Zudem könnten sich Hinweise auf Eisen und Nickel auch in älteren Beobachtungsdaten finden lassen. "Jetzt werden die Leute nach diesen Linien in ihren Archivdaten von anderen Teleskopen suchen", so Jehin. "Wir denken, dass dies auch neue Arbeiten zu diesem Thema anstoßen wird."

Schwerere Elemente finden sich offenbar aber nicht nur um "heimische" Kometen: Einem polnischen Forschungsteam ist es gelungen, Spuren von gasförmigem Nickel auch beim interstellaren Kometen 2I/Borisov nachzuweisen. Dieser wurde mit dem Very Large Telescope untersucht, als er sich rund 300 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt befand, also in rund doppelter Entfernung der Erde von der Sonne. "Zunächst fiel es uns schwer zu glauben, dass bei 2I/Borisov so weit von der Sonne entfernt wirklich atomares Nickel vorhanden sein könnte. Es bedurfte zahlreicher Tests und Überprüfungen, bis wir uns schließlich überzeugen konnten", erinnert sich Piotr Guzik von der Jagiellonen-Universität im polnischen Krakau. 

Über ihre Entdeckungen berichten die beiden Teams in zwei Fachartikeln, die jetzt in der Zeitschrift Nature erschienen sind.  

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siehe auch
Interstellarer Komet: Ursprünglicher als jeder andere Komet - 31. März 2021
Links im WWW
Manfroid, J., Hutsemékers, D. & Jehin, E. (2021): Iron and nickel atoms in cometary atmospheres even far from the Sun, Nature, 593, 372 (kein freie Version verfügbar)
Guzik, P. & Drahus, M. (2021): Gaseous atomic nickel in the coma of interstellar comet 2I/Borisov, Nature, 593, 375 (arXiv.org-preprint)
ESO
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