Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Quanta-Magazin.
Das Schicksal der Erde hängt von einem Münzwurf ab.
In 5 Milliarden Jahren wird sich unsere Sonne zu einem roten Riesenstern entwickeln. Ob die Erde überlebt, ist eine „offene Frage“, sagt Melinda Soares-Furtado, Astrophysikerin an der University of Wisconsin in Madison. Sicher, die Erde könnte von der Sonne verschluckt und zerstört werden. In einigen Szenarien entkommt die Erde jedoch und wird weiter in das Sonnensystem hineingedrängt.
Jetzt hat ein nahe gelegenes Planetensystem Hinweise auf das kosmische Jenseits unseres Planeten gegeben. Etwa 57 Lichtjahre entfernt umkreisen vier Planeten einen sonnenähnlichen Stern, der etwa 10 Milliarden Jahre alt ist – etwa doppelt so alt wie die Sonne und bereits im fortgeschrittenen Stadium seines Lebens. Stephen Kane, ein Astrophysiker, der sich an der UC Riverside auf die Bewohnbarkeit von Planeten spezialisiert hat, hat kürzlich modelliert, was mit den Planeten des älteren Systems passieren könnte, wenn der Stern in einer Milliarde Jahren zu einem Roten Riesen wird. Er fand heraus, dass die meisten inneren Planeten verschlungen sein werden, dass aber der äußerste bekannte Planet, der eine ähnliche Umlaufbahn wie die Venus hat, überleben könnte.
Das fortgeschrittene Alter des Sterns erleichtert die Modellierung seiner Expansion und bietet eine genauere Vorhersage der Zukunft unseres eigenen Planetensystems. „Es ist ein sehr interessantes Papier“, sagt Jonathon Zink, ein Astrophysiker am California Institute of Technology, der nicht an Kanes Forschung beteiligt war. „Wenn wir es finden können [more] Systeme in verschiedenen Phasen der Sternentwicklung können wir wahrscheinlich zusammensetzen“, was passieren wird.
Wenn ein Planet verschlungen wird, kann der Tod schnell eintreten. Im Jahr 2022 simulierte Ricardo Yarza, ein Sternastrophysiker an der UC Santa Cruz, was passiert, wenn ein Roter Riese einen Planeten verschluckt. Er fand heraus, dass seine Umlaufbahn schnell abnimmt, wenn der Planet nahe genug am Stern beginnt. Gas in der Atmosphäre des Sterns erzeugt einen Widerstand auf dem Planeten und „der Planet taucht immer tiefer in den Stern ein“, sagt Yarza. Innerhalb weniger hundert Jahre werden die meisten Planeten zerstört sein.
Bis vor Kurzem wurden diese letzten Momente im Leben eines dem Untergang geweihten Planeten „noch nie direkt beobachtet“, sagt Kishalay De, ein Astronom am Massachusetts Institute of Technology. Doch im Jahr 2020 beobachtete De’s Team, wie ein 12.000 Lichtjahre entfernter Stern vorübergehend mehr als 100-mal heller wurde. Der Blitz war zu schwach, um von einer Verschmelzung mit einem anderen Stern stammen zu können. Aber es hatte genau die richtige Intensität, um eine Mahlzeit in Planetengröße hervorzubringen, berichteten De und seine Kollegen im vergangenen Mai.
Das Team vermutete, dass ein Planet, der einige Male massereicher als Jupiter war, eingeholt worden war, als der 10 Milliarden Jahre alte Stern begann, sich zu einem Roten Riesen auszudehnen. „Das ist die Zukunft unseres Sonnensystems“, sagt De.
Wenn ein Hauptreihenstern wie unsere Sonne – auch Stern vom Typ G oder Gelber Zwerg genannt – das Ende seines Lebens erreicht, geht ihm der Wasserstoff aus, der für die Kernfusion in seinem Kern erforderlich ist. Wenn sich der Stern anderen Brennstoffquellen zuwendet und an Masse verliert, wird sein Kern heißer und seine Atmosphäre bläht sich im Laufe der Millionen von Jahren auf. Letztendlich wird unsere Sonne mehr als 200-mal so groß werden wie ihre jetzige Größe.
Diese anschwellende Sonne wird Merkur und wahrscheinlich auch Venus verzehren, bevor sie so groß wird, dass sie sich der Erdumlaufbahn nähert – eine Entfernung, die als eine astronomische Einheit oder AE bekannt ist. Aber es könnte noch weiter expandieren. „In einigen Modellen“, sagt Antonino Lanza, Astronom am Astrophysikalischen Observatorium von Catania in Italien, „kann es den Mars verschlingen.“ Die größte Unsicherheit bestehe seiner Meinung nach darin, wie viel Masse die Sonne mit zunehmendem Alter verlieren wird; Je mehr es abwirft, desto kleiner wird sein Endradius. „Das ist kaum bekannt“, sagt er.
Derzeit gehen unsere besten Schätzungen davon aus, dass die Sonne zwischen 0,85 und 1,5 AE groß werden wird. Aber wenn der Stern an Masse verliert, wird die schwächere Schwerkraft die Erdumlaufbahn vergrößern, was bedeutet, dass unser Planet einer Verschlingung entgehen könnte.
Um die Zukunft der Erde zu sehen, greifen Astronomen auf eine Kristallkugel voller fremder Planetensysteme zurück. Ihr Ziel ist es, sonnenähnliche Sterne zu finden, die sich bald zu Roten Riesen aufblähen (oder gerade aufgebläht haben).
Aus diesem Grund erregte Rho Coronae Borealis, ein nahegelegener gelber Zwergstern, von dem man annimmt, dass er das Ende seines sonnigen Lebens erreicht, Kanes Aufmerksamkeit. Drei seiner vier bekannten Planeten kreisen in der Nähe des Sterns, genau innerhalb der Bahn der Venus um unsere Sonne. Der äußerste Planet, dessen Jahr 282 Tage dauert, ähnelt in seiner Umlaufbahn der Venus.
Kanes Analyse, die letzten November veröffentlicht wurde, zeigt, dass der wachsende Stern die drei inneren Planeten verschlingen wird. Das Innerste dieser Welten, von dem angenommen wird, dass es felsig ist und fast die vierfache Masse der Erde hat, wird innerhalb weniger hundert Jahre verdampfen. „Das Plasma überhitzt den Planeten und führt dazu, dass er praktisch zusammenbricht“, sagt Kane. „Sogar die Steine an der Oberfläche werden wegschmelzen.“ Die nächste Welt draußen, massereicher als Jupiter, ist so groß, dass sie sich nach innen dreht und durch die Schwerkraft des Sterns auseinandergerissen wird, anstatt zu verdampfen. Der dritte Planet, eine kleinere Welt mit Neptunmasse, wird wahrscheinlich ebenfalls verschlungen und verdampft.
Aber der äußerste Planet – der ebenfalls etwa die Masse von Neptun hat – könnte überleben. Wenn sich der Stern ausdehnt, wird er den Planeten vorübergehend für mehrere tausend Jahre umhüllen. Während dieser Zeit wird die Oberfläche des Planeten durch extreme Temperaturen geröstet, aber der Planet selbst sollte überleben, da die Atmosphäre des Sterns in dieser Entfernung nicht sehr dicht ist. Der Stern wird sich dann noch einmal zusammenziehen und ausdehnen und den Planeten erneut für mehrere Jahrtausende umhüllen. Wenn der Planet es übersteht, wie mit einer Katermaus herumgespielt zu werden, könnte er aus der Atmosphäre auftauchen, während der Stern ein letztes Mal schrumpft. „Am Ende besteht also die Möglichkeit zu entkommen“, sagt Kane.
Kane ist zuversichtlich, was die Chancen des Planeten angeht und was diese für unsere eigene Welt bedeuten könnten. „Ich vermute, dass sich die Erde nach außen bewegt und überlebt“, sagt er.
Wenn ein Planet der Verschlingung entkommen kann, sind seine Chancen auf ein längeres Leben vielversprechend. Wenn sich ein Stern wie unsere Sonne zu einem Roten Riesen ausdehnt und seine äußeren Schichten abwirft, bleibt am Ende nur noch ein dichter, weißglühender Sternkörper übrig, der als Weißer Zwerg bekannt ist. Diese Objekte enthalten bis zur Hälfte der Masse des ursprünglichen Sterns und sind auf einer Fläche von der Größe der Erde untergebracht. Sie sollten Milliarden von Jahren weiter brennen.
In den letzten zwei Jahrzehnten haben Wissenschaftler eine Handvoll Exoplaneten gefunden, die Weiße Zwerge umkreisen, sagt Mary Anne Limbach, Exoplanetenwissenschaftlerin an der University of Michigan. Diese Planeten überlebten die Rote-Riesen-Phase ihres Sterns, obwohl nicht genau klar ist, wie. Einige der Welten – bei denen es sich in der Regel um größere Gasriesen handelt – waren wahrscheinlich zu weit von ihrem Stern entfernt, um verschluckt zu werden, während andere möglicherweise nach außen gedrückt wurden, als der Stern schnaufte und schnaufte. (Astronomen haben auch Beweise dafür gesehen, dass einige Planeten nicht so viel Glück hatten, und zwar in Form von verschmutzten Weißen Zwergen, die reich an mit Planeten verbundenen Elementen wie Magnesium und Eisen sind.) Laufende Beobachtungen durch das James Webb-Weltraumteleskop könnten Dutzende weitere zutage fördern Exoplaneten, die Weiße Zwerge umkreisen.
So ungewöhnlich sie auch erscheinen mögen, diese Planetensysteme könnten immer noch bewohnbar sein, sagt Limbach, der einige der JWST-Beobachtungen von Weißen Zwergen leitet. „Es gibt einen Ort um einen Weißen Zwerg herum, an dem man flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines Planeten bekommen kann“, sagt sie, aber „es ist eine sehr herausfordernde Umgebung.“
Weitere Beobachtungen entwickelter Sonnensysteme und mehr Modelle wie das von Kane könnten bessere Einblicke in das Schicksal unseres eigenen Systems liefern. Der Tod unseres Planeten ist vorerst nur ein Würfelwurf, der keine Gewissheit mehr bringt. Der Mensch ist vielleicht schon lange nicht mehr auf der Erdoberfläche zu sehen, aber jeder, der in fünf Milliarden Jahren in unsere Richtung blickt, könnte sehen, wie unser Planet die letzten Atemzüge unserer Sonne übersteht – oder vielleicht in einem kurzen Lichtblitz verschwindet.