Die Suche nach dem Unmöglichen

Der Himmel einst und heute

Das Team um Beatriz Villarroel beließ es nicht bei Mutmaßungen, sondern machte sich akribisch an die Arbeit. In ihrer Studie „Unser Himmel heute und einst“, publiziert im Astronomical Journal, berichteten die Forscher zum ersten Mal 2016 über ihre Suche nach einer kosmischen Nadel im galaktischen Heuhaufen. Dabei selektierten sie rund zehn Millionen Objekte im Katalog des United States Naval Observatory (USNO)B1.0 und inspizierten 290.000, die im jüngeren SDSS-Katalog (Sloan Digital Sky Survey) fehlen.

USNOB1.0 enthält Informationen von etwa einer Milliarde Objekten und ist komplett bis etwa zur 21. Helligkeitsklasse. Alle eingetragenen Objekte wurden mindestens zweimal beobachtet – oft noch häufiger –, und zwar im Rahmen des Palomar Observatory Sky Survey, der den gesamten Nordhimmel in den Jahren 1950 bis 1966 (POSS I) und 1987 bis 1999 (POSSII) fotografiert hatte. Die ausgewählten zehn Millionen Objekte haben vernachlässigbare Eigenbewegungen (kleiner als 21 Millibogensekunden pro Jahr), sind also keine Planetoiden, Kometen, nahen Sterne oder Ähnliches.

Dann zogen die Astronomen eine dritte, neuere Durchmusterung heran, den SDSS-Katalog. Er basiert auf Himmelsfotos ab dem Jahr 2000, überdeckt einen kleinen Teil von USNOB1.0 und ist eine Helligkeitsklasse empfindlicher. Gäbe es echte astronomische Diskrepanzen zwischen den Katalogen, müssten diese sehr häufig sein, damit sie auffallen – denn allein in der Milchstraße gibt es schätzungsweise 400 Milliarden Sterne.

Nach der ersten Analyse blieben 148 Kandidaten übrig. Doch sie stellten sich als Artefakte und falsche Detektionen in USNO B1.0 heraus, verursacht beispielsweise durch Lichtbrechungseffekte benachbarter heller Sterne, Beschädigungen der Fotoplatten, die Einwirkung der Kosmischen Strahlung oder den Vorbeiflug eines Vogelschwarms am Teleskop.

Ein rätselhaftes Objekt

Nur der Kandidat USNO1084–0241525 ließ sich so nicht erklären. Auf einem Foto vom 16. März 1950 (POSSI) ist er deutlich im roten Bereich zu sehen, auf einem vom 4. März 1993 (POSSII) allenfalls schwach, im SDSS-Katalog fehlt er ganz. War er so lichtschwach geworden, dass er bloß die SDSS-Nachweisgrenze unterschritt – oder war er wirklich verschwunden? Falls ja: Könnte hier eine Superzivilisation existieren, die vielleicht eine Dyson-Sphäre um den Stern gebaut hat – und das innerhalb von nur sechs Dekaden? Dann müsste es Abwärme in Form von Infrarotstrahlung geben. Aber vier Infrarotkataloge (2MASS, WISE, AKARI, VieziR) zeigen an dieser Stelle im Umkreis von fünf Bogensekunden nichts. Das spricht gegen eine Dyson-Sphäre.

Verschiedene natürliche Möglichkeiten kommen für die Helligkeitsabnahme in Betracht: Das Objekt könnte ein variabler Stern sein, ein Bedeckungsveränderlicher oder ein ferner Quasar, dessen Schwarzem Loch die Nahrung ausging. Das lässt sich nur durch Nachbeobachtungen mit empfindlicheren Teleskopen klären. Und die gibt es inzwischen auch.

Beatriz Villarroel, die jetzt an der Universität Stockholm und dem Astrophysikalischen Institut der Kanaren in San Cristóbal de La Laguna, Teneriffa, arbeitet, hat mit ihren Kollegen das fehlende Objekt auf neuen, genaueren Himmelsaufnahmen gesucht: Dafür machten sie neun halbstündige Aufnahmen mit dem 82-Zentimeter-Spiegelteleskop des Teide-Observatoriums auf Teneriffa. Hinzu kamen sechs noch empfindlichere, je 900 Sekunden lang belichtete Fotos vom Nordic Optical Telescope auf La Palma, womit sogar Objekte der 26. Helligkeitsklasse erhascht wurden. Ein eindeutiges Gegenstück lässt sich auf diesen Fotos nicht identifizieren. Es gibt zwar zwei lichtschwache Objekte, die 1,4 und 2,4 Bogensekunden von USNO1084–0241525 entfernt sind, doch ein Zusammenhang ist nicht erwiesen, zumal es sich um ferne Galaxien handeln könnte, nicht um Sterne.

Die Forscher diskutieren mehrere Möglichkeiten: Hinter USNO 1084–0241525 könnte schlicht ein Fehler der Fotoplatte stecken, verursacht durch ein Staubkörnchen oder die Lagerung. Aber das ist unplausibel, weil sich der Lichtpunkt nicht von anderen Sternen in der Umgebung unterscheidet. Letztlich lässt sich das nur klären, wenn die Platte mikroskopisch untersucht würde, doch die Astronomen hatten bislang keinen Zugang.

Eine andere Erklärung wäre, dass das Objekt ein naher lichtschwacher Roter oder Brauner Zwergstern mit großer Relativbewegung ist: 4,5 Bogenminuten in sieben Jahrzehnten. Das ist ebenfalls unwahrscheinlich, weil es nur wenige solcher Sterne im USNO-Katalog gibt, auch nicht in neueren Verzeichnissen wie den 2018 und 2020 publizierten Präzisionskatalogen des europäischen Astrometrie-Satelliten Gaia. Somit ist anzunehmen, dass es sich um ein echtes variables Objekt handelt, dessen Helligkeit um bis zu 4,5 Helligkeitsklassen abgenommen hat. Es könnte etwa ein Roter Zwerg sein, der im März 1950 einen starken Ausbruch (Flare) hatte.

Projekt VASCO

Nach ihrer 2016 veröffentlichten Pilotstudie, die die Machbarkeit großer Katalogdaten-Vergleiche demonstriert hat, beschlossen die Forscher, die Suche auszudehnen. Dazu gründeten sie zusammen mit anderen Astronomen das Projekt VASCO (Vanishing & Appearing Sources during a Century of Observations). „Mit VASCO besteht außerdem die Chance, sehr seltene extrem variable Objekte zu finden. Das würde ein neues Licht auf schwer zu beobachtende kurze Phasen der Sternentwicklung werfen oder auf die brachialen Vorgänge in den Zentren Aktiver Galaxien“, sagt Teammitglied Sébastien Comerón von der Universität Oulu in Finnland.

Zunächst verglich das VASCO-Team 600 Millionen Objekte im USNO-Katalog aus den 1950er-Jahren mit den weit über zwei Milliarden Einträgen im Pan-STARRS-Katalog (Panoramic Survey Tele-scope And Rapid Response System) seit 2010. Dieser ist zwei bis drei Helligkeitsklassen empfindlicher, umfasst allerdings nicht den ganzen Himmel (doch immerhin bis zu einer Deklination von minus 30 Grad). Erstellt wurde er von einem eigens dafür gebauten 1,8-Meter-Teleskop auf dem Vulkan Haleakala auf Maui, Hawaii. Im Gegensatz zur ersten Studie wurden auch Himmelskörper im USNO-Katalog berücksichtigt, die sich in der Zwischenzeit am Himmel bewegt haben – das sind überwiegend relativ nahe Sterne.

Die Computeranalyse der etwa 1000 Gigabyte umfassenden Datenmenge ergab über 150.000 Kandidaten, die in einem Winkelradius von 30 Bogensekunden nur im USNO-Katalog verzeichnet waren – also innerhalb von rund 70 Jahren verschwunden zu sein schienen. Die Astronomen inspizierten rund 15 Prozent davon genauer, auch mithilfe des SDSS-Katalogs. Die meisten Kandidaten konnten als fehlerhaft aussortiert werden, aber nicht alle. Übrig blieben etwa 100 rötliche Objekte, viele mit relativ großer Eigenbewegung. Einige davon müssen vieltausendfach lichtschwächer geworden sein, falls sie überhaupt noch existieren.

Das VASCO-Team vermutet, dass es sich um ganz unterschiedliche Phänomene handelt: etwa Novae und Supernovae in fernen Galaxien, einen variablen Materiefraß zentraler Schwarzer Löcher in Aktiven Galaxien, einen Massetransfer von einem Stern auf einen anderen, eine Sternverschmelzung, eine seltene Helligkeitsveränderung sterbender Riesensterne oder ein zufälliges, nicht aufgelöstes Beisammenstehen zweier für sich allein nicht sichtbarer Sterne. Überwiegend stecken hinter den scheinbar verschwundenen Sternen wohl weniger als 300 Lichtjahre entfernte Rote Zwerge, die einen Helligkeitsausbruch (Flare) hatten, als sie in den 1950er-Jahren fotografiert wurden, und inzwischen so lichtschwach sind, dass die Empfindlichkeit der neueren SDSS- und Pan-STARRS-Durchmusterungen nicht ausreichte, um sie abzulichten. Individuelle Nachbeobachtungen könnten dies klären, sind jedoch aufwendig. Trotzdem sollen sie in den nächsten Jahren erfolgen.

„Keines dieser Ereignisse ist ein direktes Indiz für außerirdische Intelligenzen“, sagt Teammitglied Martin López Corredoira vom Institut für Astrophysik auf den Kanaren in San Cristóbal de La Laguna auf Teneriffa. „Wir nehmen an, dass es sich um natürliche, wenn auch etwas extreme astrophysikalische Quellen handelt.“ Hochgerechnet auf den gesamten USNO-Katalog schätzt das VASCO-Team die Wahrscheinlichkeit dafür, dass ein Himmelsobjekt in den letzten 70 Jahren in der Milchstraße verschwunden ist, auf unter 1 zu 90 Millionen.

Um die restlichen Kandidaten zu untersuchen und weitere aufzuspüren, müssen die Forscher ihre Analysen noch schneller und effizienter gestalten. Dazu wollen sie Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen einsetzen. Erste Ansätze dazu haben sie bereits veröffentlicht. Fahnden werden die Astronomen auch nach Himmelskörpern, die im USNO-Katalog nicht verzeichnet sind, aber bei späteren Durchmusterungen fotografiert wurden: Objekte mit einer größeren Helligkeit als die USNO-Empfindlichkeitsschwelle.

Außerdem gibt es ein Citizen-Science-Projekt, bei dem interessierte Bürger weltweit über das Internet nach Anomalien in den Daten Ausschau halten können (https://vasconsite.wordpress.com). Die Software wurde an der Universität Uppsala in Schweden entwickelt. „Wir hoffen auf eine rege Beteiligung“, sagt Lars Mattsson von der Universität Stockholm. Im Oktober 2021 hat er dazu mit Beatriz Villarroel einen Workshop in der algerischen Stadt Constantine abgehalten – zusammen mit Wissenschaftlern dort sowie 40 Schülern, die Mitglied der Sirius Astronomy Association sind. Sie lernten, in den Daten nach verschwindenden Lichtquellen zu suchen und die vielen Bilder der diversen Instrumente aus verschiedenen Zeiten in unterschiedlichen Wellenlängen zu interpretieren.

Der Wert von alten Fotoplatten

Auch weitere digitalisierte Himmelsdurchmusterungen sollten künftig berücksichtigt werden. Dazu gehört das DASCH-Projekt (Digital Access to a Sky Century @ Harvard). Hier wurden über 450.000 Fotoplatten vom gesamten Himmel aus den Jahren 1890 bis 1990 versammelt. Sie reichen jedoch nur bis zur 15. Helligkeitsklasse. Empfindlicher ist die moderne CCD-Durchmusterung CRTS (Catalina Real-Time Transient Survey). Sie deckt etwa 30.000 Quadratgrad ab und verzeichnet rund 500 Millionen Lichtkurven bis zur 21. Helligkeitsklasse, allerdings lediglich über einen Zeitraum von 14 Jahren. Mit CRTS wurden bereits 17.000 veränderliche Himmelsobjekte gefunden, darunter rund 4000 Aktive Galaxien, viele ungewöhnliche Supernovae und circa 1500 Kataklysmische Veränderliche, bei denen ein Weißer Zwerg einem Nachbarstern Materie entreißt.

Das VASCO-Team interessiert sich auch für ältere Himmelsdurchmusterungen und Fotoplatten-Archive, etwa von der ostdeutschen Sternwarte Sonneberg, wo sich 270.000 nur teilweise digitalisierte Fotoplatten vom nördlichen Sternenhimmel seit den 1950er-Jahren sowie 5000 Platten vom Südhimmel seit 1926 befinden. Mehr als ein Viertel aller bekannten veränderlichen Sterne in der Galaxis sind dank dieses Archivs entdeckt worden. Auch die Fotos, die von 20 Observatorien weltweit zwischen 1891 und 1950 für die Himmelsdurchmusterungen Carte du Ciel und Astrographic Catalogue gemacht wurden und Sterne bis zur 12. Helligkeitsklasse erfassen, sind ein wertvoller Datenschatz.

Seltsame rote Punkte

Seither haben die VASCO-Forscher einige der sonderbaren Himmelsobjekte genauer inspiziert. In einer im Juni 2021 publizierten Studie berichteten Beatriz Villarroel und ihr Team über die Entdeckung von neun rötlichen Punktquellen auf einer Fotoplatte, die am 12. April 1950 vom Palomar Sky Survey (POSS I) aufgenommen wurde. Alle neun Quellen befanden sich in einer nur etwa zehn mal zehn Bogenminuten großen Himmelsregion. Sie waren auf früheren und späteren Fotos nicht zu erkennen, auch nicht bei wesentlich größerer Sensitivität. So sind die Lichtquellen weder auf einer blauempfindlichen Fotoplatte zu sehen, die 30 Minuten zuvor belichtet wurde, noch auf einer rotempfindlichen Fotoplatte sechs Tage danach. Auch bei späteren Himmelsdurchmusterungen wie POSSII, SDSS und Pan-STARRS wurden keine Gegenstücke aufgenommen. Eine solche Koinzidenz ist nicht zu vereinbaren mit der Häufigkeit kurzfristiger Himmelsphänomene: etwa Gravitationslinsen-Effekten, Sternexplosionen und den Gegenstücken von Radio- oder Gammaausbrüchen. Und ein auseinandergebrochener Planetoid scheidet als Erklärung ebenso aus wie Sternschnuppen.

Die Astronomen nahmen daraufhin die Himmelsregion mit dem Gran Telescopio Canarias auf La Palma ins Visier. Mit einem Hauptspiegeldurchmesser von 10,4-Meter ist es das weltgrößte optische Einzelteleskop. Die Aufnahmen zeigten noch Lichter bis herab zur 26. Helligkeitsklasse, darunter mögliche heutige Gegenstücke der Objekte von 1950. Aber das können zufällige Übereinstimmungen sein. Rote Zwergsterne waren nicht darunter, deren Flares liefern also keine Erklärung. Denkbar ist eine unbekannte Kontamination der Fotoplatte, etwa durch radioaktiven Staub von damaligen Atombombentests.

Eine andere Möglichkeit ist, dass es sich um kurze Lichtreflexe von Objekten in Erdumlaufbahnen handelte. Und das wäre eine Sensation.

Spionagesatelliten von den Sternen?

Nicht nur scheinbar unmögliche Ereignisse in der großen weiten Milchstraße und jenseits davon könnten auf die Aktivitäten extraterrestrischer Intelligenzen hinweisen, sondern womöglich waren diese auch bereits in Erdnähe. Vielleicht sind zumindest ihre Raumsonden noch hier und verfolgen unbemerkt unser seltsames Treiben. Ideale Beobachtungsposten wären Satelliten in einer geostationären Umlaufbahn, knapp 35.800 Kilometer über der Erdoberfläche. Etwa 560 von Menschen gebaute umkreisen heute unseren Globus.

Dabei muss man nicht gleich an „fliegende Untertassen“, an „unheimliche Begegnungen der dritten Art“ mit himmlischen Entführungen oder allerlei Science-Fiction-Fantasien denken. Es könnten auch Reflexe von orbitalen Spionen im Sonnenlicht sein. Sie würden sich auf langzeitbelichteten Fotos, die vor Sonnenaufgang oder nach Sonnenuntergang aufgenommen wurden, als leicht gekrümmte Striche oder gestrichelte beziehungsweise punktierte Linien bemerkbar machen. Sie sind gut von Meteoren zu unterscheiden, die keine Bögen, sondern gerade Striche ziehen. Auch besteht keine Verwechslungsgefahr mit Planetoiden, deren Bahnen meist anders verlaufen und zudem bekannt sind. Außerdem haben sie auf länger belichteten Fotos recht unscharfe Ränder.

Fahndung nach fremden Sonden

Falls sich extraterrestrische Forscher für die Erde interessierten, würde es genügen, dass sie eine Sonde oder mehrere in einem hohen Erdorbit parken. Selbst wenn das vor Millionen Jahren geschah und die Späher längst nicht mehr aktiv oder gar in Trümmer zerbrochen sind, wären diese Artefakte noch immer vorhanden und könnten im Prinzip fotografiert werden.

Allerdings ist das heute geradezu aussichtslos, denn die raumfahrenden Nationen haben inzwischen rund 9000 Satelliten ins All befördert. Einige davon sind kollidiert oder absichtlich zerstört worden – zuletzt wieder am 15. November 2021 beim russischen Antisatelliten-Waffentest gegen den ausrangierten, 2,5 Meter großen Aufklärungssatelliten Kosmos-1408. Manche Orbits gleichen inzwischen Müllhalden. Mittlerweile befinden sich rund 34.000 Objekte größer als zehn Zentimeter in einer Erdumlaufbahn, schätzungsweise 900.000 zwischen ein und zehn Zentimeter und über 100 Millionen kleinere. Auch drei Viertel aller gegenwärtig beobachtbaren Lichtreflexe in einer geostationären Umlaufbahn sind nicht katalogisiert. Dabei handelt es sich um wenige Zentimeter große Trümmerstücke. Das macht es hoffnungslos, nach extraterrestrischen Artefakten zu fahnden.

Doch vor dem Start des ersten Satelliten, Sputnik am 4. Oktober 1957, gab es keine künstlichen Objekte in Erdumlaufbahnen – zumindest keine gefertigt von Menschenhand. Hätten zuvor schon Späher den Globus umkreist, könnten sie auf früheren Fotos von Himmelsdurchmusterungen wie POSS I zu sehen sein. Womöglich haben Astronomen also bereits Spuren von extraterrestrischen Intelligenzen erhascht, ohne es zu wissen …

Deshalb haben Beatriz Villarroel und ihre Kollegen letztes Jahr im International Journal of Astrobiology ergänzend zu ihrem VASCO-Projekt vorgeschlagen, nach solchen extraterrestrischen Artefakten zu suchen. Um falsch positive punktförmige Objekte auf den Fotoplatten von realen Reflexionen zu unterscheiden, schätzten die Forscher die Wahrscheinlichkeit für solche Vorkommnisse ab. Ergebnis: eine Linie aus vier oder fünf Punkten in einer zehn mal zehn Bogenminuten großen Himmelsregion ist ein zuverlässiger Indikator (Zufallswahrscheinlichkeit knapp 1 zu 100 bis 1 zu 10.000 oder 2,5 bis 3,9 Sigma).

Die Studien des VASCO-Teams haben also gezeigt, dass sowohl die Suche nach „unmöglichen Effekten“ im fernen All als auch nach Spionagesatelliten in Erdnähe machbar ist. Die dafür nötigen Daten schlummern bereits seit Jahrzehnten in den Archiven und stehen nun größtenteils digital zur Verfügung. Man muss sie „nur“ noch durchforsten. Es gibt also viel zu tun!