Unser Sonnensystem könnte 100-mal schneller auseinanderbrechen als gedacht

Das äußere Sonnensystem galt selbst nach dem Tod der Sonne noch für viele Milliarden Jahre als weitgehend stabil. Neue Simulationen zeichnen ein anderes Bild. Wenn der sterbende Stern seine Hülle in ungleichmäßigen Schüben abstößt, könnten die Bahnen von Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun schon während dieser Phase durcheinandergeraten.

Pasadena (U.S.A.). In einigen Milliarden Jahren wird unsere Sonne zum Roten Riesen anschwellen, große Teile ihrer Hülle abstoßen und als Weißer Zwerg zurückbleiben. Die inneren Planeten werden dadurch stark verändert oder möglicherweise verschlungen. Für weiter entfernte Welten gibt es dagegen ein Beobachtungsbeispiel für einen überlebenden Gasriesen bei ausgebrannten Sternen.

Auch die vier großen Außenplaneten galten lange als beständig. Frühere Rechnungen ergaben, dass sie nach dem Sonnenende auf weiteren Bahnen kreisen und erst durch Begegnungen mit anderen Sternen nach etwa 30 bis 100 Milliarden Jahren auseinandergerissen werden könnten. Ohne äußere Störungen wurden sogar noch weit längere Zeiträume erwartet.

Forscher des California Institute of Technology (Caltech) um Prof. Konstantin Batygin haben nun untersucht, ob diese Voraussagen den Massenverlust der Sonne ausreichend berücksichtigen. Gemeinsam mit Kollegen haben sie die zukünftigen Bewegungen von Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun unter verschiedenen Bedingungen simuliert. Dabei erwies sich weniger die verlorene Gesamtmasse als die Art ihres Ausstoßes als entscheidend.

Viele kleine Rückstöße statt gleichmäßigen Massenverlusts

Bisherige Modelle gingen meist davon aus, dass die Sonne ihre Materie allmählich und nahezu gleichmäßig abgibt. Sie verliert während ihrer späten Entwicklung laut dem neuen Modell rund 46 Prozent ihrer Masse, wodurch die Umlaufbahnen der Riesenplaneten auf etwa das 1,85-Fache anwachsen. Bei diesem gleichmäßigen Massenverlust blieb ihre Anordnung in den Kontrollrechnungen stabil.

Allerdings deuten Beobachtungen junger Weißer Zwerge darauf hin, dass sterbende Sterne durch asymmetrischen Materialausstoß Rückstöße erhalten. Als mögliche Erklärung gelten einzelne, ungleichmäßig gerichtete Ausbrüche. Jeder solcher Ausstoß könnte die Sonne kurz beschleunigen und die Planetenbahnen geringfügig verschieben, während viele aufeinanderfolgende Stöße die Abweichungen anwachsen lassen.

Für ein plausibles Szenario nahmen die Wissenschaftler rund 4.600 solcher Auswürfe an. Bei jedem verliert die Sonne etwa ein Zehntausendstel ihrer ursprünglichen Masse, entsprechend ungefähr 33 Erdmassen, und erfährt einen Rückstoß von typischerweise sieben Metern pro Sekunde. Die Folgen berechneten die Forscher mit Modellen der Sonnenentwicklung und der gegenseitigen Anziehungskräfte der Planeten.

Erste instabile Bahnen schon beim Roten Riesen

Insgesamt umfasst die Untersuchung 672 Simulationen mit unterschiedlichen Auswurfgrößen und zwei Varianten des zeitlichen Verlaufs. Bei einer davon traten unregelmäßige Auswürfe während sämtlicher Riesenphasen der Sonne auf. In 37 von 48 Durchläufen mit der angenommenen typischen Auswurfgröße kreuzten sich die Bahnen der äußeren Planeten bereits vor der Entstehung des Weißen Zwergs.

Bei 19 dieser 48 Durchläufe, also rund 40 Prozent, hatten die Planeten bis dahin schon heftige Bahnstreuungen oder eine Zerrüttung ihres Systems erlebt. In einzelnen Simulationen wurde Saturn hinausgeschleudert oder Uranus und Neptun vertauschten ihre Reihenfolge. Solche Ereignisse bedeuten einen Verlust der bisherigen Planetenordnung, nicht die physische Vernichtung aller Himmelskörper.

Auch nach dem Ende des solaren Massenverlusts blieb das System in vielen Rechnungen nicht ruhig. Drei Milliarden Jahre nach der Entstehung des Weißen Zwergs waren bei der typischen Auswurfgröße 96 Prozent der Varianten mit frühen Rückstößen und 83 Prozent der Varianten mit erst später einsetzenden Rückstößen instabil geworden. Daraus ergibt sich die Größenordnung von rund 90 Prozent instabilen Modellverläufen.

Wie sicher ist die Prognose?

Die Ergebnisse hängen stark davon ab, wie viel Masse die sterbende Sonne jeweils in einem einzelnen Schub abgeben wird. In den Simulationen mit sehr kleinen Auswurfmengen blieben mehr als 98 Prozent der Systeme über drei Milliarden Jahre stabil. Auch ist noch nicht direkt nachgewiesen, dass unsere Sonne künftig tatsächlich Auswürfe in der angenommenen Größe und zeitlichen Verteilung erzeugt.

Die gemessenen Bewegungen anderer Weißer Zwerge liefern dafür einen indirekten Anhaltspunkt, aber keine Beobachtung der zukünftigen Sonne. Deshalb sind die Prozentzahlen bedingte Ergebnisse eines physikalischen Modells und keine gesicherten Eintrittswahrscheinlichkeiten für unser Sonnensystem. Zudem wurden die vier äußeren Riesenplaneten untersucht, nicht das langfristige Schicksal sämtlicher innerer Planeten.

Sollten die angenommenen Rückstöße auftreten, könnte die Sonnenentwicklung die äußeren Planetenbahnen etwa hundertmal früher destabilisieren als bislang anhand naher Sternbegegnungen erwartet. Das würde auch erklären helfen, warum manche Weißen Zwerge von Planetentrümmern umgeben sind und andere Systeme Planeten in den interstellaren Raum verlieren. Ob dieses Szenario zutrifft, müssen weitere Beobachtungen und genauere Modelle des stellaren Massenverlusts zeigen.

Quellen:

Originalstudie im Fachmagazin The Astrophysical Journal Letters, doi: 10.3847/2041-8213/aea290

Offizielle Studienmitteilung von American Astronomical Society (AAS)

10. Oktober 2026 - Robert Klatt

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