Sonnensystem zerfällt laut Studie bis zu 100-mal schneller als gedacht

Neue Simulationsergebnisse vom Caltech

Ein Forscherteam um Konstantin Batygin am California Institute of Technology hat im Astrophysical Journal Letters eine Studie veröffentlicht, die das bisherige Bild vom langfristigen Bestand des äußeren Sonnensystems grundlegend in Frage stellt. Bisher gingen Astronomen davon aus, dass Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun nach dem Tod der Sonne noch 30 bis 100 Milliarden Jahre geordnet auf erweiterten Bahnen verbleiben, bevor externe Sternbegegnungen sie auseinanderreißen.

Wie die neue Modellierung funktioniert

Die Simulationen berücksichtigen erstmals detailliert, dass sterbende Sterne ihre Hülle nicht gleichmäßig, sondern in unregelmäßigen Schüben abstoßen. Beobachtungen an anderen Weißen Zwergen deuten auf solche asymmetrischen Auswürfe hin. Das Team modellierte für ein plausibles Szenario rund 4.600 einzelne Auswürfe, bei denen die Sonne jeweils etwa ein Zehntausendstel ihrer ursprünglichen Masse (rund 33 Erdmassen) verliert und einen Rückstoß von typischerweise sieben Metern pro Sekunde erfährt. Insgesamt wurden 672 Simulationen mit unterschiedlichen Auswurfgrößen und zeitlichen Verläufen gerechnet.

Zentrale Ergebnisse

• In 37 von 48 Durchläufen mit typischer Auswurfmasse kreuzten sich die Bahnen der äußeren Planeten bereits vor der Entstehung des Weißen Zwergs.
• In rund 40 Prozent dieser Läufe kam es zu schweren Bahnstreuungen: Saturn wurde in Einzelläufen ganz aus dem System geschleudert, Uranus und Neptun tauschten ihre Positionen.
• Auch bei moderaten Auswurfmassen zeigte sich eine Wahrscheinlichkeit von etwa 20 Prozent für Bahnresonanzen (Jupiter/Saturn sowie Uranus/Neptun), die das System aber nicht vor dem späteren Zerfall bewahren.
• Drei Milliarden Jahre nach der Weißen-Zwerg-Entstehung wiesen nahezu 90 Prozent der modellierten Verläufe instabile Eigenschaften auf.
• Das bisherige Zeitfenster für ein geordnetes Ende verkürzt sich in der wahrscheinlichsten Rechnung von bis zu 100 Milliarden auf lediglich rund eine Milliarde Jahre.

Abhängigkeiten und Unsicherheiten

Die Ergebnisse reagieren extrem empfindlich auf die angenommenen Auswurfmassen. In Simulationen mit sehr kleinen Schüben blieben mehr als 98 Prozent der Systeme über drei Milliarden Jahre stabil. Ob die Sonne tatsächlich Asymmetrien in der angenommenen Stärke entwickelt, ist nicht direkt bewiesen; die Parameter basieren auf Messungen an anderen Sternen. Die Autoren betonen, dass es sich um bedingte Wahrscheinlichkeiten eines physikalischen Modells handelt, keine gesicherten Eintrittswahrscheinlichkeiten für unser Sonnensystem. Zudem wurden nur die vier äußeren Riesenplaneten untersucht, nicht das Schicksal der inneren Planeten (die bereits in der Roten-Riesen-Phase zerstört werden).

Relevanz

Die Arbeit liefert einen Erklärungsansatz dafür, warum manche Weiße Zwerge von Planetentrümmern umgeben sind und andere Systeme Planeten in den interstellaren Raum verlieren. Für die Menschheit ist das Szenario kurzfristig irrelevant: Die Rote-Riesen-Phase der Sonne wird die Erde lange vor der Instabilität der äußeren Planeten unbewohnbar machen oder verschlingen.

Was noch unklar ist

• Genaue Masse, Anzahl und Richtungsverteilung der solaren Auswürfe in der Riesenphase.
• Ob die indirekten Hinweise von anderen Weißen Zwergen auf die Sonne übertragbar sind.
• Langfristiges Verhalten bei Einbeziehung der inneren Planeten und galaktischer Störungen.

Wie es weitergeht

Weitere Validierungen durch astronomische Beobachtungen des stellaren Massenverlusts an Weißen Zwergen und verfeinerte Modelle sind nach Aussage der Autoren erforderlich.