Berlin-Erstmals haben Astronomen direkt beobachtet, wie ein Stern am Ende seines Lebens Planetentrümmer verschlingt. Zuvor waren die Planeten – vielleicht war es auch nur einer – ihrem sterbenden Stern zu nahe gekommen und von seiner übermächtigen Schwerkraft zerrissen worden. Ihre Trümmer umkreisen ihn nun in einer Scheibe aus Gesteinsbrocken.
Der Stern mit der Bezeichnung G29-38 ist nur 44 Lichtjahre von uns entfernt, ein sogenannter Weißer Zwerg. Damit bezeichnen Astronomen den ausgebrannten, extrem verdichteten Kern eines Sterns ähnlich unserer Sonne. Eigentlich ist es der auf Erdgröße geschrumpfte Fusionsofen des Sterns, in dem das nukleare Feuer erloschen ist. Der stellare Überrest ist aber immer noch so heiß, dass er am Nachthimmel als weiß glühender Stern erscheint, daher die Bezeichnung.
Auch die Erde wird im Glutofen der Sonne untergehen
Im Spektrum des Sternenrests konnte das Forscherteam der britischen University of Warwick mithilfe des Chandra-Röntgenteleskops der Nasa die chemischen Signaturen von Elementen identifizieren, wie sie vor allem in Gesteinsplaneten vorkommen. Zudem hatten Röntgenstrahlungsausbrüche des Weißen Zwergs, ausgelöst durch die einschlagenden Planetentrümmer, das stellare Kannibalen-Mahl verraten. Pro Sekunde stürzen etwa 1600 Tonnen Gestein auf den Stern, so errechneten die Forscher, die ihre Entdeckung im Wissenschaftsjournal Nature veröffentlicht haben. Das Drama, das sich derzeit in unserer kosmischen Nachbarschaft abspielt, könnte ein Vorgeschmack auf das Schicksal unseres eigenen Sonnensystems sein, wenn auch erst in ferner Zukunft, so die Forscher.
Die Modelle der Astronomen gehen davon aus, dass unsere Sonne in etwa sieben Milliarden Jahren ihren nuklearen Brennstoff aus Wasserstoff verbraucht haben wird. Die Kernfusion in ihrem Zentrum lässt dann nach. Der nach außen gerichtete Druck der Strahlung reicht nicht mehr aus, um dem Gewicht des Sterns standzuhalten. In der Folge dehnen sich die Gasschichten der Sonne aus; das ermöglicht es ihr, ein neues Gleichgewicht einzustellen.
Die Sonne wird zu einem rot glühenden Riesenstern, der die inneren Planeten Merkur und Venus verschlingt. In furiosen Eruptionen schleudert sie immer wieder Teile ihrer Gashülle ins All, um sich danach erneut aufzublähen. Während dieser instabilen Phase verliert die Sonne knapp die Hälfte ihrer Masse. Weil damit auch ihre Anziehungskraft schwindet, rücken Erdbahn und die Bahnen der übrigen Planeten deutlich weiter nach außen. Ein Effekt, der lange Zeit die Hoffnung nährte, die Erde könnte dem feurigen Atem der Sonne entkommen. Neuere Berechnungen zeigen jedoch, dass auch die Erde im Glutofen der Sonne untergehen wird.
In anderthalb Milliarden Jahren verdunsten die Meere
Mit seinem Team hat der Astrobiologe Jack O’Malley-James vom Carl Sagan Institute der Cornell University in den USA berechnet, wie die alternde Sonne die Erde und das Leben auf unserem Planeten verändern wird. „Schon in rund 600 Millionen Jahren könnte die Erde kein grüner Planet mehr sein“, sagt der Forscher. Weil die Sonne ihren Wasserstoffvorrat immer mehr aufbraucht, steigt in ihrem Innern der Druck; sie wird heißer und heller. In der Folge sterben auf der Erde die Wälder, Steppen und Wüsten breiten sich aus. Wohlbemerkt: Hier geht es um astronomische Ereignisse, nicht um irdische Prozesse wie den Klimawandel.
„Die Artenvielfalt der Pflanzenwelt nimmt ab; es überleben nur Arten, die Trockenheit, Nährstoffmangel und Hitze tolerieren“, sagt O’Malley-James. Die sterbende Pflanzenwelt lässt die Fotosynthese erlahmen. Der Sauerstoffgehalt in der Erdatmosphäre nimmt ab, und die davon gespeiste Ozonschicht, welche die Lebewesen vor der schädlichen UV-Strahlung der Sonne schützt, wird immer dünner.
In einer Milliarde Jahre wird eine kritische Schwelle erreicht, die Temperatur auf der Erdoberfläche erreicht eine Durchschnittstemperatur von 50 Grad. „Die Nahrungsketten auf der Erde brechen zusammen, komplexe Lebensformen sterben aus“, sagt O’Malley-James. Das noch existierende primitive Leben hat sich vor der immer heißer werdenden Sonne in die Ozeane zurückgezogen, doch auch die bieten bald keinen Schutz mehr.
In spätestens anderthalb Milliarden Jahren wird das Wasser der Meere verdunsten, weil die Temperaturen auf der Erdoberfläche über den Siedepunkt klettern. Die Wassermoleküle reichern sich zunächst in der Erdatmosphäre an, wo sie den Treibhauseffekt verstärken und die Temperaturen noch höher treiben. Die intensive Strahlung der Sonne bricht die Wassermoleküle auf, ihre Atome entweichen ins All. Auf diese Weise verliert die Erde schließlich alles Wasser und ihre gesamte Atmosphäre.
Die lebensfreundliche Region könnte nach außen wandern
Die weiter steigenden Temperaturen auf der Erde erweichen am Ende sogar das Gestein. Weil Wasser als Gleitmittel fehlt, kommt die Drift der Kontinente zum Erliegen. Die Erde ist zum Höllenplanet geworden und ähnelt der heutigen Venus.
In fünf Milliarden Jahren ist die Sonne doppelt so hell wie heute und anderthalb mal größer. Ihre äußeren Schichten blähen sich weiter auf und kühlen ab. Sie sind mit rund 3000 Grad nur noch etwa halb so heiß wie heute. Die Sonne wird zum Roten Riesen, einem aufgedunsenen, rot glühenden Gasball, der kurz vor dem Kollaps steht.
In sieben Milliarden Jahren – das Sonnensystem ist dann rund 11,5 Milliarden Jahre alt – beginnt für die inneren Planeten der Kampf ums Überleben. Bei der sterbenden Sonne hat ein starker Teilchenstrom eingesetzt, dadurch verliert sie knapp die Hälfte ihrer Masse. Weil damit auch ihre Anziehungskraft schwindet, rücken die Planetenbahnen nach außen. Die Erde zieht dann ihre Bahn auf der Höhe des heutigen Marsorbits. Auch die Bahnen der inneren Planeten Merkur und Venus rücken nach außen, doch das reicht nicht, um dem glutheißen Griff der aufgeblähten Sonne zu entgehen. Beide Planeten werden von der Sonne verschlungen.
Die Gasschichten der Sonne werden weiter reichen, als man bislang dachte. Dies zeigen neuere, umfangreiche Berechnungen, die der Astronom Robert Smith von der britischen University of Sussex und sein Kollege Klaus-Peter Schröder von der mexikanischen Universität in Guanajuato angestellt haben. Die Erde kreist zunächst innerhalb der äußersten, dünnen Schichten und wird bis zur Magmaglut aufgeheizt. Letztlich wird sie von der Sonne eingefangen und verdampft.
„Unser Planet endet im Inferno. Ein Ende für das Leben im Sonnensystem muss das nicht unbedingt bedeuten“, sagt Smith. Wie die Berechnungen zeigen, ist die Region im Sonnensystem, die noch lebensfreundliche Bedingungen ermöglicht, in den Bereich der weit außen kreisenden Gasplaneten gewandert. Heute noch tiefgefrorene Welten wie der Jupitermond Europa, unter dessen Eispanzer ein Ozean aus Wasser vermutet wird, oder der Saturnmond Titan mit seinen Meeren aus flüssigen Kohlenwasserstoffen könnten ihre Chance nutzen.
Verwandlung der Sonne in einen Diamantstern
In acht Milliarden Jahren beginnt der letzte Akt. Die Sonne ist dann zwölfeinhalb Milliarden Jahre alt. Sie hat all ihre Gasschichten abgestoßen, die nun ins All entweichen und von ihr angestrahlt einen farbenprächtig leuchtenden Gasnebel bilden. Der Kern der Sonne ist zu einem Weißen Zwerg geschrumpft, in dem sich vor allem Kohlenstoff als Asche der Kernfusion angereichert hat. Und doch stehen ihr und Milliarden Schicksalsgenossen von einst sonnenähnlichen Sternen in der Milchstraße eine buchstäblich leuchtende Zukunft bevor.
Auch in seinem langsam erkaltenden Kern kann ein sterbender Stern wie die Sonne noch Energie erzeugen, die ihn noch Milliarden Jahre glühen lässt. Indem sich das Material verfestigt und dabei eine regelmäßige Struktur annimmt, gibt es Wärme ab. Es bildet sich ein Kristall aus Kohlenstoff – die Sonne wird zum Diamanten.