Scholz' Stern: Als ein Roter Zwerg vor 70.000 Jahren die Sonne streifte

Eine Entdeckung, die aus einer Bewegungsanomalie geboren wurde

Ein Zwerg, der in den Infrarotdaten von WISE entdeckt wurde

WISE 0720-0846 wurde 2013 von Ralf-Dieter Scholz entdeckt, der ihn in den Daten des Infrarotsatelliten WISE (wide-field Infrared Survey Explorer) als einen späten Zwergkandidaten in geringer Entfernung von der Sonne identifizierte. Das System war früheren Durchmusterungen aufgrund seiner geringen galaktischen Breite und seiner für einen so nahen Stern bescheidenen Eigenbewegung entgangen. Zusätzliche Beobachtungen, insbesondere die von Adam Burgasser und seinen Mitarbeitern, die 2015 veröffentlicht wurden, bestätigten seine Doppelnatur: ein Roter Zwerg des Spektraltyps M9,5 und ein Brauner Zwerg des Typs T5, die etwa 0,8 Astronomische Einheiten voneinander entfernt sind und eine Umlaufperiode von zwei bis vier Jahren haben.

Eine Geschwindigkeit, die Eric Mamajek faszinierte

Es war diese Langsamkeit der scheinbaren Bewegung, kombiniert mit einer hohen und nach außen gerichteten Radialgeschwindigkeit, die Eric Mamajek faszinierte. Zwei Hypothesen boten sich dem Team an: Entweder steuerte der Stern auf eine zukünftige enge Passage am Sonnensystem zu, oder er hatte uns gerade nach einem früheren Vorbeiflug verlassen. Die Messungen der Radialgeschwindigkeit entschieden zugunsten der zweiten Option: Das System entfernt sich von der Sonne, was es ermöglichte, seine vergangene Flugbahn zu rekonstruieren.

Ein Vorbeiflug innerhalb eines Lichtjahres von der Sonne

Eine durch Simulation rekonstruierte Flugbahn

In ihrer 2015 in The Astrophysical Journal Letters veröffentlichten Studie integrierten Mamajek und seine Mitarbeiter die galaktische Umlaufbahn des Doppelsternsystems (insgesamt etwa 0,15 Sonnenmassen) und die der Sonne. Ergebnis: Vor 70.000 Jahren, mit einer Unsicherheit von plus/minus 15.000 Jahren, wäre Scholz' Stern auf 52.000 Astronomische Einheiten an die Sonne herangekommen, das sind etwa 0,25 Parsec oder 0,8 Lichtjahre. Von 10.000 Flugbahnsimulationen, die die Messunsicherheiten berücksichtigten, 98 % ließen das System die äußere Oortsche Wolke durchqueren.

Eine dynamisch schwache Begegnung

An seinem nächsten Punkt hätte das Duo eine scheinbare Helligkeit von etwa 11,4 aufgewiesen, zu schwach, um mit bloßem Auge wahrgenommen zu werden, aber ausreichend, um von modernen Instrumenten entdeckt zu werden. Die Autoren weisen jedoch darauf hin, dass die Begegnung aufgrund der geringen Masse und der relativ hohen Geschwindigkeit dynamisch schwach war: Sie löste wahrscheinlich keinen massiven Kometenschauer Richtung inneres Sonnensystem aus.

Mit Gaia-Daten überarbeitete Schätzungen

Zu einem etwas älteren Datum

Die Positions- und Geschwindigkeitsmessungen wurden seit 2015 verfeinert, insbesondere dank des Gaia-Satelliten. Eine spätere Neubewertung der Flugbahn, basierend auf astrometrischen Daten und einem aktualisierten Modell des Sonnensystems, verschob das Datum und die Entfernung des Vorbeiflugs geringfügig: Der Median liegt nun bei etwa 80.000 Jahren für eine minimale Entfernung von etwa 0,33 Parsec, also etwa 1,1 Lichtjahre. Diese Überarbeitungen bleiben innerhalb der Unsicherheitsmargen mit der ursprünglichen Schätzung kompatibel und bestätigen, dass das System tatsächlich die Ränder der Oortschen Wolke durchquerte.

Diese Art der Neuberechnung ist in der Astrometrie üblich: Jede neue Datengeneration reduziert die Fehlerbalken, ohne die zentrale Schlussfolgerung in Frage zu stellen. Scholz' Stern bleibt bis heute der am besten eingeschränkte stellare Vorbeiflug, der jemals gemessen wurde, sowohl in Bezug auf Entfernung als auch auf Geschwindigkeit.

Eine Spur in den Umlaufbahnen von Kometen?

Eine Studie über 340 hyperbolische Umlaufbahnen

Im Jahr 2018 untersuchten die spanischen Astronomen Carlos und Raúl de la Fuente Marcos zusammen mit dem Forscher Sverre Aarseth die hyperbolischen Umlaufbahnen von fast 340 kleinen Körpern im Sonnensystem, d.h. Objekten, die so offenen Bahnen folgen, dass sie die solare Nachbarschaft für immer verlassen werden. Durch die Integration dieser Umlaufbahnen in die Vergangenheit über 100.000 Jahre identifizierte das Team Konzentrationen von Radiantenpunkten am Himmel, die mit einer gravitativen Störung durch den Vorbeiflug von Scholz' Stern kompatibel sind.

Ein realer Effekt, aber ohne unmittelbare Konsequenz

Diese Studie, veröffentlicht in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters, deutet darauf hin, dass die Auswirkungen des Vorbeiflugs signifikanter waren als ursprünglich angenommen. Die so aus der Oortschen Wolke gestörten Kometen würden jedoch etwa zwei Millionen Jahre benötigen, um das innere Sonnensystem zu erreichen, was jeglichen Zusammenhang mit jüngsten geologischen oder klimatischen Ereignissen auf der Erde ausschließt.

Tabelle: Eigenschaften des Systems und der stellaren Begegnung

Ein seltenes, aber nicht außergewöhnliches Phänomen

Eine von galaktischen Modellen geschätzte Häufigkeit

Ein stellärer Vorbeiflug, der so nah an der Oortschen Wolke vorbeiführt, ist auf kosmischer Skala nichts Einzigartiges. Modelle zeigen, dass ein Stern im Durchschnitt etwa alle 100.000 Jahre die Oortsche Wolke durchquert, während eine Annäherung, die so nah ist wie die von Scholz' Stern (52.000 Astronomische Einheiten oder weniger), nur etwa alle neun Millionen Jahre stattfinden würde. Diese Ereignisse sind Teil der normalen Dynamik der solaren Nachbarschaft innerhalb der Milchstraße.

Beispiellose Bahngenauigkeit

Es gab bereits vor Scholz einen gut dokumentierten Präzedenzfall: Die Idee, dass stellare Vorbeiflüge die Oortsche Wolke stören könnten, geht auf die Arbeit von Jan Oort selbst über die Struktur der nach ihm benannten Wolke zurück. Was Scholz' Stern auszeichnet, ist die beispiellose Genauigkeit, mit der seine vergangene Bahn rekonstruiert werden konnte, dank außergewöhnlich gut eingeschränkter Radial- und Transversalgeschwindigkeitsmessungen für einen so lichtschwachen Stern.