Sie hätten verschluckt werden müssen – drei Planeten überleben offenbar die Ausdehnung ihrer Sterne

Unsere Sonne wird eines Tages zu einem gewaltigen Roten Riesen anschwellen. Die Erde könnte dabei vollständig in der glühenden Sternenhülle verschwinden. So sieht es die bisherige Theorie vor. Doch im Weltall gibt es offenbar Planeten, die ein solches Schicksal überstanden haben. Drei von ihnen kreisen noch immer um ihre Sterne, obwohl diese sich bereits zu Roten Riesen aufgebläht haben und anschließend wieder geschrumpft sind. Nach bisherigen Berechnungen hätten die Planeten längst verschluckt werden müssen. Ihre Existenz stellt die Astronomen vor ein Rätsel.

Ein Forschungsteam der chinesischen Yunnan University beschreibt diesen Widerspruch in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Die Wissenschaftler konnten nachweisen, dass alle drei Sterne ihre Phase als aufgeblähte Rote Riesen bereits hinter sich haben. Dabei dürften ihre äußeren Schichten weit über die heutigen Umlaufbahnen der Planeten hinausgereicht haben.

Trotzdem existieren die Himmelskörper noch. Warum sie offenbar überlebt haben, können die bisherigen Modelle nicht erklären. Die Antwort könnte auch unser Verständnis davon verändern, was mit der Erde geschieht, wenn die Sonne in einigen Milliarden Jahren zu einem Roten Riesen wird.

Warum die drei Planeten eigentlich verschwunden sein müssten

Sterne wie unsere Sonne gewinnen ihre Energie über Milliarden Jahre aus der Verschmelzung von Wasserstoff zu Helium. Geht der Wasserstoff im Kern zur Neige, verändert sich ihr innerer Aufbau. Die äußeren Schichten dehnen sich aus, während sich der Kern zusammenzieht. Für Planeten in der Nähe beginnt damit eine gefährliche Phase.

Neben der wachsenden Sternenhülle bedrohen sie sogenannte Gezeitenkräfte. Diese entstehen durch die gegenseitige Anziehung von Stern und Planet und können dessen Umlaufbahn verändern. Der Planet verliert dabei unter bestimmten Bedingungen Bahnenergie und nähert sich seinem Stern. Wie groß die Gefahr ist, hängt von der Masse des Sterns, seiner Ausdehnung und der Entfernung des Planeten ab.

Planeten überleben Rote Riesen trotz gefährlich enger Umlaufbahnen

Die drei untersuchten Sterne befinden sich inzwischen in einer späteren Entwicklungsphase. In ihren Kernen verschmilzt Helium zu schwereren Elementen. Astronomen bezeichnen sie als Rote-Klumpen-Riesen. Ihre Hüllen haben sich nach der früheren Ausdehnung wieder zusammengezogen.

Das Forschungsteam bestimmte den Entwicklungszustand anhand winziger Helligkeitsschwankungen der Sterne. Mit dieser sogenannten Asteroseismologie lassen sich Schwingungen untersuchen, die Aufschluss über das Sterneninnere geben. Anschließend rekonstruierten die Wissenschaftler die frühere Ausdehnung der Sterne. Dabei ergab sich für alle drei Planetensysteme derselbe Widerspruch zwischen den berechneten früheren Sternradien und den heutigen Umlaufbahnen.

Ein Planet umrundet seinen Stern in nur 30 Tagen

Besonders eng kreist der Planet 24 Boo b um seinen Stern. Sein Abstand beträgt lediglich rund 27,4 Millionen Kilometer. Für einen vollständigen Umlauf benötigt er etwa 30 Tage. Damit ist er laut der PNAS-Veröffentlichung der bislang sternnächste bekannte Planet um einen Roten-Klumpen-Riesen.

Die Erde ist im Durchschnitt rund 150 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt. 24 Boo b umkreist seinen Stern somit in weniger als einem Fünftel dieser Entfernung. Dennoch befindet er sich heute auf einer Bahn, die nach den Berechnungen während der früheren Sternentwicklung innerhalb der ausgedehnten Sternenhülle gelegen hätte.

Drei zusätzliche Planetensysteme stellen bisherige Modelle infrage

Bislang war laut den Autoren nur ein vergleichbarer Planet bekannt. Mit 24 Boo b, HD 12648 b und TYC 4282-605-1 b kommen drei weitere hinzu. Damit kennen Astronomen inzwischen vier solcher ungewöhnlichen Planetensysteme.

Die Wissenschaftler vermuten, dass bisherige Berechnungen wichtige Vorgänge bei der gemeinsamen Entwicklung von Sternen und Planeten noch nicht vollständig erfassen. Für die drei neuen Fälle stehen folgende Befunde fest:

24 Boo b: Der Planet kreist in rund 27,4 Millionen Kilometern Entfernung um seinen Stern und benötigt dafür nur 30 Tage.
HD 12648 b: Auch seine heutige Umlaufbahn liegt innerhalb des berechneten maximalen Radius seines Sterns während der Roten-Riesen-Phase.
TYC 4282-605-1 b: Der dritte Planet befindet sich ebenfalls in einer Entfernung, in der er nach den bisherigen Modellen nicht hätte überleben dürfen.

Die heutigen Umlaufbahnen allein verraten allerdings nicht, wo sich die Planeten während der größten Ausdehnung ihrer Sterne tatsächlich befanden. Ob und wie sich ihre Bahnen im Laufe der Sternentwicklung verändert haben, ist noch nicht ausreichend geklärt.

Die Erde könnte schon vorher unbewohnbar werden

Für die Erde beginnt die Gefahr lange bevor die Sonne ihre größte Ausdehnung erreicht. Mit zunehmendem Alter wird unser Stern heller. Dadurch steigen die Temperaturen auf der Erde. Langfristig könnte die Erwärmung dazu führen, dass die Ozeane verdampfen und flüssiges Wasser an der Oberfläche verschwindet.

Ob die Erde später vollständig von der Sonne verschluckt wird, hängt unter anderem vom Massenverlust unseres Sterns und von den Gezeitenkräften ab. Verliert die Sonne Masse, kann sich die Erdbahn nach außen verlagern. Gleichzeitig können Gezeitenkräfte einer solchen Verlagerung entgegenwirken. Die drei ungewöhnlichen Planetensysteme liefern neue Anhaltspunkte für die Untersuchung dieser konkurrierenden Prozesse. Eine neue Prognose über das Überleben der Erde lässt sich daraus bislang nicht ableiten.

Kurz zusammengefasst:

Drei Planeten haben offenbar die Ausdehnung ihrer Sterne zu Roten Riesen überlebt, obwohl sie nach bisherigen Berechnungen hätten verschluckt werden müssen.
Der Planet 24 Boo b ist nur 27,4 Millionen Kilometer von seinem Stern entfernt und benötigt für einen vollständigen Umlauf lediglich 30 Tage.
Auch unsere Sonne wird sich in einigen Milliarden Jahren zum Roten Riesen ausdehnen, doch ob die Erde verschluckt wird, lässt sich aus den neuen Erkenntnissen nicht ableiten.

Übrigens: Astronomen haben jenseits von Pluto ein nur 500 Kilometer großes Eisobjekt mit einer überraschenden Atmosphäre entdeckt. Warum es diese Atmosphäre eigentlich nicht geben dürfte, steht in unserem Artikel.