Neue Studie listet Möglichkeiten auf, wie ein abtrünniger Stern unser Sonnensystem zum Verhängnis werden könnte: ScienceAlert

By | November 28, 2023

Sterne sind durch die Schwerkraft an ihre Galaxien gebunden und bewegen sich im Einklang mit ihrer Umgebung. Aber manchmal zerbricht etwas die Bindung. Wenn ein Stern beispielsweise einem supermassereichen Schwarzen Loch zu nahe kommt, kann das Schwarze Loch ihn als Schurkenstern in den Weltraum schleudern.

Was würde mit der Erde passieren, wenn einer dieser stellaren Eindringlinge zu nahe käme?

Es ist nicht sehr wahrscheinlich, dass es passiert, aber die Wahrscheinlichkeit ist nicht Null.

Nach mehreren Milliarden Jahren hat sich unser Sonnensystem zu einer sesshaften Vorhersagbarkeit entwickelt. Die Planeten bewegen sich, während sie sich bewegen, und die Sonne bleibt inmitten all dessen teilnahmslos.

Aber wenn ein anderer Stern zu nahe käme, würden die unsichtbaren Gravitationsbindungen, die dafür sorgen, dass alles so funktioniert, wie es ist, gedehnt oder gebrochen.

Die Erde ist ein winziger Planet, der nur etwa drei Millionstel der Sonnenmasse enthält. Unser Planet lebt nach den Launen der Sonne und ihrer starken Schwerkraft, und wenn ein anderer Stern in unsere organisierte Ordnung gelangt, ist die Erde völlig ausgeliefert des neuen Gravitationsparadigmas.

In einem neuen Artikel wird untersucht, was passieren würde, wenn sich ein außer Kontrolle geratener Stern auf 100 AE der Sonne nähern würde. Der Titel des Artikels lautet „Future Solar System Trajectories: Dynamical Simulations of Stellar Encounters Within 100 AE“. Es wird veröffentlicht in Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society. Der Hauptautor ist Sean Raymond, ein Astronom am Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux, am CNRS (Nationales Zentrum für wissenschaftliche Forschung) und an der Université de Bordeaux.

Wir wissen, dass eine stabile Vorhersagbarkeit in unserem Sonnensystem nicht von Dauer sein wird. Die Sonne wird sich weiterentwickeln und im Laufe der nächsten Milliarde Jahre immer leuchtender werden. Die Erde liegt sehr nahe am inneren Rand der bewohnbaren Zone. Schon ein wenig näher an der Sonne gerät das empfindliche Gleichgewicht, das es flüssigem Wasser ermöglicht, an der Oberfläche zu verbleiben, aus dem Gleichgewicht.

Im gleichen Zeitraum von einer Milliarde Jahren besteht eine Wahrscheinlichkeit von etwa 1 %, dass es zu einer Begegnung mit einem abtrünnigen Stern kommt. Was passiert mit der Erde, wenn das passiert? Wird die Erde aus der bewohnbaren Zone verdrängt?

„Die Erde verfügt noch über etwa eine Milliarde Jahre bewohnbarer Oberflächenbedingungen“, schreiben die Autoren. Dies geschieht in einem geschlossenen System, das zum größten Teil unser Sonnensystem ist.

„Obwohl die Umlaufbahnentwicklung von Planeten größtenteils durch säkulare und resonante Störungen bestimmt wird“, erklären die Autoren, „können vorbeiziehende Sterne einen konsequenten Einfluss auf die Umlaufbahnen der Planeten haben.“

Kommt ein vorbeiziehender Stern näher, ist unser Sonnensystem kein geschlossenes System mehr.

Die meisten abtrünnigen Sterne, auch intergalaktische Sterne oder Hypergeschwindigkeitssterne genannt, weil ihre Flugbahn sie außerhalb der Milchstraße führt, kommen nicht einmal in die Nähe der Erde. Kappa Cassiopeiae zum Beispiel ist 4.000 Lichtjahre entfernt und wird nie näher kommen. Andere, wie die 675 Schurkensterne, die 2012 von Astronomen der Vanderbilt University entdeckt wurden, wurden herausgeschleudert, nachdem sie sich im supermassereichen Schwarzen Loch der Milchstraße verfangen hatten, und ihre Flugbahnen führten sie nirgendwo in die Nähe der Erde.

Selbst in der Milchstraße ist der Weltraum nahezu leer und die meisten Sternvorbeiflüge werden niemals in die Nähe eines anderen Sonnensystems gelangen.

„Statistisch gesehen kommen Vorbeiflüge nahe 100 AE, die die Umlaufbahnen von Planeten stark beeinflussen würden, in der aktuellen galaktischen Nachbarschaft nur etwa einmal alle 100 Gyr vor“, erklären die Forscher.

Obwohl die Chancen gering sind, ist es eine Möglichkeit. Wenn man die Galaxie als Ganzes betrachtet, ist es fast sicher, dass ein Sternvorbeiflug irgendwo in der Galaxie innerhalb von 100 AE an einem anderen Stern stattfinden wird.

Wenn dieser Stern unsere Sonne ist, was passiert dann mit der Erde?

Das Team führte N-Körper-Simulationen durch, um die möglichen Folgen für die Erde zu ermitteln. Sie begannen mit den acht Planeten des Sonnensystems und fügten einen einzelnen Schurkenstern hinzu. Sie verglichen die Massen der simulierten Fremdsterne mit den Massen der Sterne in unserer Sternumgebung. Sie passten auch die Geschwindigkeit der Schurkensterne an ihre Umgebung an. Sie simulierten verschiedene Geschwindigkeiten und Flugbahnen des Sterns, um zu sehen, wie unterschiedlich die Ergebnisse für die Erde sein würden. Insgesamt führten die Forscher 12.000 Simulationen durch.

Diese Forschungsabbildung zeigt einige der Simulationsergebnisse. Jeder Punkt stellt eine Simulation dar und die Farbe zeigt an, wie viele Planeten die Begegnung unbeschadet überstanden haben. Die Größe der Punkte ist proportional zur Masse des Schurkensterns. (Raymond et al. 2023)

„Wenn ein Stern innerhalb von 100 AE an der Sonne vorbeizieht, besteht immer noch eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass alle acht Planeten im Sonnensystem überleben“, schreiben die Autoren. Die Wahrscheinlichkeit, dass kein Planet verloren geht, liegt bei über 95 %.

Das aus dem Vorbeiflug resultierende Drehimpulsdefizit (AMD) bestimmt weitgehend, was als nächstes passiert. AMD ist ein Maß für die Bahnanregung eines Planetensystems und seine Langzeitstabilität. Nach dieser Definition ist es der Unterschied zwischen einem „idealisierten System mit denselben Planeten wie das reale System, die auf denselben großen Halbachsen des Sterns in kreisförmigen und flachen Umlaufbahnen kreisen, und der Drehimpulsnorm des realen Planetensystems“.

Doch wie ist es, wenn einer der Planeten unseres Sonnensystems verloren geht?

Die Simulation brachte mehrere Ergebnisse. Merkur ist am anfälligsten und geht manchmal verloren, wenn er mit der Sonne kollidiert. Weitere Folgen sind die Kollision der Erde mit der Venus, der Auswurf der Eisriesen Uranus und Neptun, wobei nur Erde und Jupiter überleben oder nur Jupiter überlebt. In einem apokalyptischen Ergebnis werden alle acht Planeten herausgeschleudert.

Andere Ergebnisse sind weniger dramatisch. Alle acht Planeten sind ungestört, alle acht sind leicht gestört oder alle acht sind stark gestört.

Obwohl in den meisten Simulationen alle acht Planeten überleben, kann Überleben unterschiedliche Bedeutungen haben. Selbst wenn sie im Sonnensystem bleiben und gravitativ an die Sonne gebunden bleiben, können ihre Umlaufbahnen völlig gestört werden. Einige werden möglicherweise sogar in die Oort-Wolke verschoben.

Die Forscher haben auch die zehn wahrscheinlichsten Folgen einer Planetenzerstörung tabellarisch aufgeführt.

„Wir haben die häufigsten Wege ermittelt, auf denen Planeten verloren gehen könnten, und dabei berücksichtigt, dass eine Wahrscheinlichkeit von mehr als oder gleich 95 % besteht, dass keine Planeten verloren gehen würden, wenn ein Stern innerhalb von 100 AE vorbeizieht“, schreiben sie.

  • Merkur kollidiert mit der Sonne (2,54 % Wahrscheinlichkeit).
  • Der Mars kollidiert mit der Sonne (1,21 %).
  • Venus trifft auf einen anderen Planeten (1,17 %).
  • Uranus wird ausgestoßen (1,06 %).
  • Neptun wird ausgeworfen (0,81 %).
  • Merkur trifft einen anderen Planeten (0,80 %).
  • Die Erde trifft auf einen anderen Planeten (0,48 %).
  • Saturn wird ausgeworfen (0,32 %).
  • Der Mars trifft einen anderen Planeten (0,27 %).
  • Die Erde kollidiert mit der Sonne (0,24 %).

Wenn es um ausgestoßene Planeten geht, haben Uranus und Neptun die schlechtesten Chancen. Dies ist nicht überraschend, da sie weiter von der Sonne entfernt sind und eine schwächere Gravitationsbindung zu ihr haben. Es ist auch nicht verwunderlich, dass Merkur die größte Chance hat, mit der Sonne zu kollidieren. Da er der Planet mit der geringsten Masse ist, ist das Risiko einer Störung durch einen Sterndurchgang größer.

Wenn es um die Erde geht, gibt es eine Vielzahl möglicher Ergebnisse. In der obigen Liste beträgt die Wahrscheinlichkeit, dass die Erde mit einem anderen Planeten kollidiert, 0,48 %. Aber ein weiteres mögliches Schicksal erwartet die Erde, und es ist nicht gerade angenehm, darüber nachzudenken: die Verbannung in die Oortsche Wolke.

„Das langfristige Überleben der Erde in der Oortschen Wolke ist nicht garantiert“, sagten die Autoren.

Es lohnt sich, ein weiteres exotisches Ergebnis der Simulationen in Betracht zu ziehen: die Erfassung der Erde durch den vorbeiziehenden Stern. In dieser Simulation war ein Stern etwas weniger massereich als die Sonne, bewegte sich mit relativ geringer Geschwindigkeit und kam unserem Sonnensystem sehr nahe.

Das Ergebnis war eine verheerende Vernichtung des Sonnensystems, wie wir es kennen. Die Erde verließ die Sonne und floh mit dem Stern, während sechs der anderen Planeten mit der Sonne kollidierten. Der einzige überlebende Planet war Jupiter. Kein Wunder, denn es handelt sich um den massereichsten Planeten.

Das Papier stellt eine breite Palette von Ergebnissen vor, darunter den Einschlag des Mondes auf die Erde, die Erfassung der Erde und des Mondes durch den vorbeiziehenden Stern und sogar die Zerstörung aller Planeten und ihrer Monde. Die Wahrscheinlichkeit, dass dies geschieht, ist jedoch äußerst gering.

Aber wie wahrscheinlich ist es, dass die Erde bei einer solchen Begegnung bewohnbar bleibt? Ändert sich die Umlaufbahn der Erde, wird der Planet dadurch wärmer oder kälter.

Diagramm, das die Wahrscheinlichkeit der Erdtemperatur mit der Anzahl der überlebenden Planeten vergleicht
Diese Zahl zeigt die Wahrscheinlichkeit, dass die Erde in einer kühleren oder wärmeren Umlaufbahn überlebt, abhängig von der Anzahl der überlebenden Planeten. (Raymond et al., 2023)

Es gibt noch mehr potenzielle Reiseziele. Die Erde könnte als Schurkenplanet etwa eine Million Jahre lang überleben, bis die Oberfläche gefriert. Oder vielleicht, wenn es vom Schurkenstern eingefangen würde, wäre es in einer neuen Anordnung irgendwie bewohnbar.

Letztendlich ist die Wahrscheinlichkeit eines 100-AE-Vorbeiflugs am Stern verschwindend gering. Und Simulationen zeigen, dass in diesem Fall das mit Abstand wahrscheinlichste Ergebnis darin besteht, dass alle acht Planeten überleben, wenn auch auf etwas anderen Umlaufbahnen als jetzt.

„Trotz der Vielfalt möglicher Evolutionspfade besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass sich die aktuelle Situation unseres Sonnensystems nicht ändern wird“, schlussfolgern die Autoren.

Dieser Artikel wurde ursprünglich von Universe Today veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.

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