Eine Illustration zeigt die Schale eines Planeten, der einen toten Stern inmitten von stellaren Trümmern umkreist.(Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Ein Planetensystem, das von einem toten Weißen Zwergstern verankert wird, der etwa 4.000 Lichtjahre entfernt ist, hat Astronomen einen möglichen Blick darauf gewährt, wie unsere Sonne und die Erde in etwa 8 Milliarden Jahren aussehen könnten.
Dies wäre jedoch nur dann die Zukunft der Erde, wenn es unserem Planeten gelingt, die Umwandlung der Sonne in einen aufgeblähten Roten Riesen zu überleben. Diese Umwandlung wird in etwa 5 bis 6 Milliarden Jahren erwartet, wenn die Sonne ihren für die Kernfusion benötigten Brennstoffvorrat endgültig aufgebraucht hat. In dieser Phase des Roten Riesen wird sich die Sonne bis etwa zur Umlaufbahn des Mars aufblähen und Merkur, Venus – und vielleicht auch die Erde – verschlucken. Danach würde die Sonne zu einem schwelenden Weißen Zwerg werden, wie wir ihn in unserem Planetensystem beobachten können.
Eine Möglichkeit, wie unser Planet der Zerstörung durch die rote Riesensonne entgehen könnte, besteht darin, dass er in die Umlaufbahn des Mars oder darüber hinaus abwandert. In diesem Fall wäre unser Planet nur noch eine verstrahlte, aber eiskalte Schale, die einen ausgebrannten Stern umkreist. Dieses neue Planetensystem ist der Beweis dafür, dass ein solches „Flucht-Wunder“ möglich ist.
Das Team identifizierte einen Weißen Zwerg mit etwa der halben Sonnenmasse und einen erdgroßen Begleitplaneten, der unseren Stern in einer doppelt so weiten Umlaufbahn umkreist wie unser Planet und ein Bild davon vermittelt, wie eine überlebende Erde in etwa 8 Milliarden Jahren aussehen könnte.
„Wir haben derzeit keinen Konsens darüber, ob die Erde in 6 Milliarden Jahren nicht von der roten Riesensonne verschlungen werden könnte“, sagte Teamleiter Keming Zhang, ein Eric und Wendy Schmidt AI in Science Postdoctoral Fellow an der University of California, San Diego, in einer Erklärung.
Ein Element des Systems, das sich in der Nähe der zentralen Ausbuchtung der Milchstraßengalaxie befindet, unterscheidet es von dem zukünftigen Sonnensystem: ein weiterer Bewohner mit einer Masse, die etwa 17 Mal so groß ist wie die des Jupiters, des massivsten Planeten des Sonnensystems.
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Dieses Objekt ist wahrscheinlich ein „Brauner Zwerg“, ein Körper, der oft als „gescheiterter Stern“ bezeichnet wird, weil er sich wie ein Stern bildet, aber nicht die nötige Masse anhäuft, um die Fusion von Wasserstoff zu Helium in seinem Kern auszulösen, den nuklearen Prozess, der einen „Hauptreihenstern“ wie die Sonne definiert.
Gute Nachrichten für die Erde… vielleicht nicht für das Leben
Astronomen entdeckten dieses Analogon für die Zukunft des Sonnensystems, als sie ein so genanntes „Microlensing-Ereignis“ beobachteten, d. h. die Krümmung des Lichts einer Hintergrundquelle, die durch den Gravitationseinfluss eines Körpers verursacht wird, der sich zwischen dieser Quelle und der Erde befindet. Das besondere Ereignis wurde mit dem Korea Microlensing Telescope Network auf der Südhalbkugel aufgezeichnet.
Microlensing ist eine schwache Form des Gravitationslinseneffekts, ein Phänomen, das erstmals von Albert Einstein mit seiner allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt wurde. Die allgemeine Relativitätstheorie besagt, dass Objekte mit Masse die Struktur der Raumzeit, einer vierdimensionalen Vereinigung von Raum und Zeit, „verzerren“. Aus dieser Verformung entsteht nicht nur die Schwerkraft, sondern die Verformungen krümmen auch das Licht, wenn Wellen von einer Hintergrundquelle durch sie hindurchgehen. Dieses gekrümmte Licht erscheint dann aus unserer Perspektive aufgehellt, weil es auf seinem Weg zu unseren Detektoren einen gekrümmten Weg nehmen muss.
Dieses Ereignis mit der Bezeichnung KMT-2020-BLG-0414 wurde im Jahr 2020 beobachtet. Es bestand in der Aufhellung eines Hintergrundsterns (24.000 Lichtjahre entfernt) um das etwa 1.000-fache. Die Objekte oder Linsen, die diese Aufhellung verursachen, sind die Körper des Planetensystems.
Um dieses Planetensystem weiter zu untersuchen, verfolgte das Team der University of California, Berkeley, das Mikrolensing-Ereignis mit den 10-Meter-Teleskopen von Keck auf Hawaii.
Weißer Zwerg-Planetensystem, gesehen von drei Instrumenten in den Jahren 2020 und 2023 (Bildnachweis: OGLE, CFHT, Keck Observatory)
Die anfängliche Untersuchung gab keinen Aufschluss über die Natur des Zentralsterns. Es dauerte weitere drei Jahre, bis die Forscher mit den Keck-Teleskopen feststellten, dass es sich bei diesem Stern um einen erschöpften Weißen Zwerg handelt. Dies ergab sich nicht aus dem, was das Team sah, sondern eher aus dem, was sie nicht sahen; die Bilder des Systems zeigten nicht das Licht, das man von einem Hauptreihenstern erwarten würde.
„Unsere Schlussfolgerungen beruhen auf dem Ausschluss der alternativen Szenarien, da ein normaler Stern leicht zu erkennen gewesen wäre“, erklärte Zhang. „Da die Linse sowohl dunkel als auch massearm ist, kamen wir zu dem Schluss, dass es sich nur um einen Weißen Zwerg handeln kann. Es ist etwas Glück im Spiel, denn man würde erwarten, dass weniger als einer von 10 Mikrolinsensternen mit Planeten ein Weißer Zwerg ist.“
Durch die weitere Untersuchung dieses Systems konnte das Team auch die Umlaufbahn des Braunen Zwerges aufklären und die Verwirrung um die Position des ausgefallenen Sterns um den toten Stern beseitigen sowie die Tatsache, dass es sich nicht einfach um einen sehr nahen massereichen Planeten oder „heißen Jupiter“ handelt.
„Die ursprüngliche Analyse zeigte, dass sich der Braune Zwerg entweder auf einer sehr weiten Umlaufbahn befindet, wie der des Neptuns, oder aber innerhalb der Umlaufbahn des Merkurs [dem sonnennächsten Planeten im Sonnensystem] “, so Zhang. „Riesenplaneten auf sehr kleinen Bahnen sind außerhalb des Sonnensystems eigentlich recht häufig. Aber da wir jetzt wissen, dass er einen stellaren Überrest umkreist, ist dies unwahrscheinlich, da er dann verschlungen worden wäre.“
Chi Cygni, ein roter Riesenstern, wie er in dieser künstlerischen Darstellung gezeigt wird, nähert sich dem Ende seines Lebens. Wenn ihm der Brennstoff ausgeht, pulsiert er ein und aus, schlägt wie ein riesiges Herz und stößt Hüllen aus Material aus. (Bildnachweis: ESO/L. Calçada)
Dieses Planetensystem ist zwar ein Beweis dafür, dass die Erde in etwa 6 Milliarden Jahren dem Verzehr durch die Sonne entgehen könnte, aber es sagt nichts darüber aus, ob das Leben auf unserem Planeten (falls es bis dahin noch existiert) ebenfalls überleben könnte.
„Ob das Leben auf der Erde in dieser Zeit [des Roten Riesen] überleben kann, ist unbekannt. Aber das Wichtigste ist sicherlich, dass die Erde nicht von der Sonne verschluckt wird, wenn sie zu einem Roten Riesen wird“, sagte Jessica Lu, außerordentliche Professorin und Lehrstuhlinhaberin für Astronomie an der UC Berkeley, in der Erklärung. „Dieses System ist ein Beispiel für einen Planeten – wahrscheinlich ein erdähnlicher Planet, der sich ursprünglich auf einer ähnlichen Umlaufbahn wie die Erde befand – der die Rote-Riesen-Phase seines Wirtssterns überlebt hat.“
Wenn die Erde durch den Verlust des Einflusses der Sonne auf die Erde während der Phase des Roten Riesen den anschwellenden äußeren Schichten unseres Sterns entkommen kann, würde sie durch diese Wanderung auch außerhalb der bewohnbaren Zone liegen. Die bewohnbare Zone oder „Goldlöckchen-Zone“ ist definiert als die Region um einen Stern, in der es weder zu heiß noch zu kalt ist, damit ein Planet flüssiges Wasser, eine wichtige Voraussetzung für Leben, behalten kann.
Die Zeit der Menschheit auf der Erde dürfte jedoch in etwa 4 bis 5 Milliarden Jahren abgelaufen sein, bevor die Sonne zum Roten Riesen wird.
„In jedem Fall wird die Erde nur noch etwa eine Milliarde Jahre bewohnbar sein. Dann würden die Ozeane der Erde durch den unkontrollierten Treibhauseffekt verdampfen – lange bevor die Gefahr besteht, von dem Roten Riesen verschluckt zu werden“, so Zhang.
Zhang schlug vor, dass die Menschheit in das Sonnensystem auswandern könnte, um dieses Schicksal zu vermeiden. Mögliche Ziele für eine Umsiedlung könnten die Monde des Jupiters wie Europa, Kallisto und Ganymed oder Enceladus sein, der den Saturn umkreist. Diese Monde scheinen über gefrorene Wasserozeane zu verfügen, die, obwohl sie jetzt eisig sind, ironischerweise durch die expandierende Sonne bewohnbar gemacht werden könnten. Denn die Sonne könnte sie möglicherweise auftauen und zu Ozeanwelten machen.
„Wenn die Sonne zu einem roten Riesen wird, wird sich die bewohnbare Zone in die Nähe der Umlaufbahn von Jupiter und Saturn verschieben“, sagte Zhang. „Ich denke, dass die Menschheit in diesem Fall dorthin auswandern könnte.“
Das Team ist der Meinung, dass diese Forschung das Potenzial des Mikrolensings als Technik zur Untersuchung von Planetensystemen und ihren Sternen zeigt. Ein Instrument, das dieses Potenzial voll ausschöpfen könnte, ist das geplante Nancy Grace Roman Telescope, dessen Start für 2027 geplant ist. Das nächste große Weltraumteleskop der NASA wird das Mikrolensing nutzen, um nach extrasolaren Planeten oder „Exoplaneten“ zu suchen.
„Es gibt eine ganze Reihe von Welten, die sich uns jetzt durch den Mikrolensing-Kanal erschließen, und das Aufregende ist, dass wir kurz davor stehen, exotische Konfigurationen wie diese zu finden“, sagte Teammitglied und UC Berkeley-Astronom Joshua Bloom in der Erklärung. „Was wir brauchen, ist eine sorgfältige Nachverfolgung mit den besten Einrichtungen der Welt, nicht nur einen Tag oder einen Monat später, sondern viele, viele Jahre in der Zukunft, nachdem sich die Linse vom Hintergrundstern entfernt hat, so dass man anfangen kann, das Gesehene zu entschlüsseln.“
Die Forschung wurde am 26. September in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
