Die Riesenplaneten des Sonnensystems zerfallen in 9 von 10 Simulationen

Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun galten lange als die robustesten Maschinen des Sonnensystems – eine Anordnung von Umlaufbahnen, die das Universum um ein Vielfaches überdauern sollte. Neue Simulationen zeigen nun, dass die Sonne selbst dieses Getriebe zerstören wird, wenn sie stirbt, und zwar höchstwahrscheinlich innerhalb von etwa einer Milliarde Jahren nach ihrer Verwandlung in einen Weißen Zwerg.

Der Übeltäter ist die Art und Weise, wie die Sonne an Masse verliert. Frühere Berechnungen gingen davon aus, dass eine sterbende Sonne ihre äußeren Schichten gleichmäßig abwirft, wie ein langsames Leck, das jede Umlaufbahn weitet, ohne die Ordnung der Planeten zu stören. Die neue Arbeit von Konstantin Batygin und Jim Fuller vom Caltech sowie Fred Adams von der University of Michigan stützt sich auf Hinweise, dass sterbende Sterne ihre Hüllen in einzelnen, asymmetrischen Ausbrüchen abstoßen. Jeder Ausbruch versetzt der Sonne einen kleinen Schubs, und die Planeten spüren jeden einzelnen.

In Hunderten simulierter Zukünfte summierten sich diese Schübe. In dem Szenario, das die Autoren für die beobachteten Daten als am besten passend erachten, waren etwa 40 % der simulierten Sonnensysteme bereits gestört oder gewaltsam durcheinandergewirbelt, als der Weiße Zwerg entstand, und ungefähr neun von zehn zerfielen innerhalb von 3 Milliarden Jahren. In manchen Läufen wurde Saturn vollständig aus dem Sonnensystem geschleudert. In anderen tauschten Uranus und Neptun die Plätze.

Sollte sich das Ergebnis bestätigen, ist das Ende des Sonnensystems nicht länger ein entfernter Zufall, der durch einen vorbeiziehenden Stern herbeigeführt wird. Es wird zu einem Teil des Sterbeprozesses der Sonne, und dieselbe Logik gilt für fast jedes Planetensystem in der Galaxie, denn nahezu alle Sterne beenden ihr Leben als Weiße Zwerge.

Warum eine sterbende Sonne ihre eigenen Planeten anstößt

In etwa 5 Milliarden Jahren wird die Sonne zu einem Roten Riesen anschwellen, und während ihrer Riesenphasen wird sie etwa 46 % ihrer Masse verlieren. Mit weniger Masse, die sie festhält, driften die Planeten nach außen. Im gleichmäßigen Bild wächst jede Umlaufbahn um den Faktor etwa 1,85, sodass das äußere Sonnensystem zu einer größeren, langsameren Kopie des heutigen wird.

Der Hinweis darauf, dass der Masseverlust nicht gleichmäßig verläuft, stammt von Gaia, dem Sternkartierungssatelliten der Europäischen Weltraumorganisation. Durch die Verfolgung von Doppelsternen, die einander in großen Abständen umkreisen, fanden Astronomen heraus, dass neugeborene Weiße Zwerge sich so bewegen, als hätten sie einen Schubs von etwa 0,75 km pro Sekunde erhalten, also rund 2.700 km/h. Ein Stern, der sein Gas gleichmäßig in alle Richtungen abgibt, würde überhaupt keinen Schubs bekommen.

Die führende Erklärung, ein kürzlich von Fuller vorgeschlagenes Modell, besagt, dass die Hülle eines Roten Riesen in einzelnen Federn abgeht, die durch das Aufwallen seiner äußeren Schichten angetrieben werden. Teleskope, die Licht mehrerer Spiegel kombinieren, zeigen bereits separate, wandernde Staubwolken um alternde Riesensterne. Jede Feder drückt den Stern leicht in eine zufällige Richtung, und die Schübe summieren sich zu dem beobachteten Kick.

Für die Planeten bedeutet ein Schubs für die Sonne einen Schubs für jede Umlaufbahn gleichzeitig. Im Referenzfall der Studie erhält die Sonne etwa 4.600 Rückstöße von einigen Metern pro Sekunde, mit einem Median von etwa 7 m/s. Einzeln betrachtet sind sie winzig. Da sie an zufälligen Punkten in der Umlaufbahn jedes Planeten auftreffen, heben sie sich nicht auf, und die Bahnen beginnen zu wandern. „Alles ändert sich, wenn die Hülle in Stücken abgeht“, schreiben die Autoren.

Wie sie es gemacht haben

Das Team nutzte rebound, einen weit verbreiteten Open-Source-Code, der berechnet, wie sich Körper unter ihrer gegenseitigen Schwerkraft bewegen, und koppelte ihn mit einem Modell der Sonnenentwicklung, das mit MESA, einem Standardprogramm zur Sternentwicklung, erstellt wurde. Die vier Riesenplaneten starteten von ihren heutigen Positionen und Geschwindigkeiten, und die Sonne verlor dann Masse entlang dieser Modellspur.

Zunächst kam das Kontrollexperiment. In mehr als 60 Läufen mit gleichmäßigem Masseverlust änderte sich das Ergebnis nie: Die Bahnen dehnten sich aus, die Verhältnisse zwischen den Umlaufzeiten der Planeten blieben eingefroren, und das System blieb für Milliarden von Jahren stabil.

Dann zerlegten die Forscher den Masseverlust in Stücke. Sie führten 672 Simulationen durch, variierten die Größe jedes ausgestoßenen Gaspakets von einem Zehnmillionstel bis zu einem Zehntausendstel der Sonnenmasse und variierten, ob die Ausbrüche während aller Riesenphasen der Sonne oder nur während der letzten, der sogenannten asymptotischen Riesenastphase, stattfanden. Jeder Endzustand wurde dann für weitere 3 Milliarden Jahre ohne vorbeiziehende Sterne oder andere äußere Störungen verfolgt.

Von 10¹⁸ Jahren auf etwa eine Milliarde

Die Zahlen, die ersetzt werden, sind enorm. Allein das Chaos wurde auf etwa 10¹⁸ Jahre geschätzt, eine Milliarde Milliarden Jahre, um Uranus zu destabilisieren. Das Hinzuziehen vorbeiziehender Sterne, die die geweiteten Bahnen als leichteres Ziel finden, senkte die Schätzung auf zwischen 30 und 100 Milliarden Jahre. Das Universum ist etwa 13,8 Milliarden Jahre alt.

Bei der von den Autoren bevorzugten Kalibrierung löst sich das Sonnensystem nun etwa eine Milliarde Jahre nach der Entstehung des Weißen Zwergs von selbst auf, hundertmal früher als die erwartete Wartezeit auf den ersten störenden vorbeiziehenden Stern. In den gewalttätigsten Läufen wurde Neptuns Bahn auf eine Exzentrizität von etwa 0,5 gedehnt, sodass sein Abstand zur Sonne zwischen dem nächsten und dem entferntesten Punkt um den Faktor drei schwanken würde.

Das Problem wartet nicht immer, bis die Sonne vollständig gestorben ist. In 37 von 48 Läufen des bevorzugten Szenarios begannen sich die Bahnen zu kreuzen, bevor der Masseverlust vorbei war, am frühesten, während die Sonne noch ein Roter Riese mit 89 % ihrer heutigen Masse war. In einem Beispiel wurde Saturn innerhalb von 2,5 Millionen Jahren nach der Geburt des Weißen Zwergs ausgestoßen, während Uranus und Neptun aneinander gebunden blieben.

Isaac Newton vermutete, dass die gegenseitige Anziehung von Jupiter und Saturn irgendwann die Ordnung der Planeten zerstören würde. Laplace und Lagrange zeigten später, dass die Bahnen in ihrer Näherungsstufe nur oszillieren, und drei Jahrhunderte Berechnungen schoben das Urteil immer weiter hinaus. „Newtons angenommene Instabilität ist also doch real. Er irrte sich nur in Bezug auf den Täter“, schließen die Autoren.

Nicht jedes Ergebnis war zerstörerisch. Einige Läufe fingen Planetenpaare in Resonanzen ein, rhythmische Bahnmuster, die das Sonnensystem nie hatte: Jupiter und Saturn im Verhältnis 5:2, oder Uranus, der zwei Umläufe für jeden von Neptun vollendet. In 8 der 672 Simulationen waren beide Paare gleichzeitig gefangen. Diese eingeschlossenen Systeme waren nicht sicherer, und in den feinsten Läufen überlebten sie etwas seltener als die anderen.

Was die Simulationen nicht klären

Alles hängt von einer Größe ab, die niemand direkt gemessen hat: wie groß jeder einzelne Ausstoß von entweichendem Gas ist. Wenn die Sonne ihre Hülle in Paketen von einem Zehnmillionstel ihrer Masse oder weniger abgibt, gleichen sich die Ausbrüche weitgehend aus, und das Sonnensystem überlebt als vergrößerte Kopie seiner selbst. Die gewaltsamen Ergebnisse setzen ein, sobald die Pakete etwa ein Hunderttausendstel einer Sonnenmasse erreichen.

Die Brücke von den Gaia-Kicks zur Paketgröße ist ebenfalls eine Interpretation. Sie setzt voraus, dass die Kicks von vielen unabhängigen Ausstößen stammen. Die Autoren argumentieren, dass selbst das untere Ende des gemessenen Bereichs von 0,25 km pro Sekunde Pakete impliziert, die bereits im gewaltsamen Regime liegen. Sie weisen auch darauf hin, dass ihr Hauptszenario die Ausbrüche über den asymptotischen Riesenast hinaus ausdehnt, die Phase, in der das Modell am besten kalibriert ist. Die Beschränkung der Ausbrüche auf diese Phase entfernte jede frühe Auflösung während der Roten-Riesen-Phase, dennoch wurden 83 % der Systeme innerhalb von 3 Milliarden Jahren instabil.

Die Arbeit lässt die inneren Planeten außen vor. Sie verfolgt nur die vier Riesen, sodass Merkur, Venus, Erde und Mars nicht Teil der Berechnung sind. Frühere Studien beziffern Merkurs eigenes Risiko auf etwa 1 %: Das ist die Wahrscheinlichkeit, dass seine Umlaufbahn instabil wird, bevor die Sonne ihre derzeitige, wasserstoffbrennende Phase verlässt.

Die Theorie macht auch Vorhersagen, die Astronomen überprüfen können. Wenn sterbende Sterne routinemäßig ihre Planeten losreißen, sollten junge Weiße Zwerge mit einer Population frei fliegender Planeten unterwegs sein. In diesen Simulationen wurden die Riesen weitaus häufiger ausgestoßen als zertrümmert, und die Trümmer, die tatsächlich auf Weiße Zwerge fallen, sollten hauptsächlich von Gesteinskörpern und nicht von Riesenplaneten stammen, was mit dem bisher in verunreinigten Weißen Zwergen gemessenen Gesteinsmaterial übereinstimmt.

Häufige Fragen zum Tod der Sonne und den Planeten

Wird das Sonnensystem auseinanderfallen, wenn die Sonne stirbt?

Nach diesen Simulationen ja, wahrscheinlich für die Riesenplaneten. Wenn die Sonne ihre äußeren Schichten in Tausenden einzelner Ausbrüche verliert, wie es die Weiße-Zwerg-Kicks nahelegen, wurden etwa neun von zehn simulierten Systemen innerhalb von 3 Milliarden Jahren nach der Entstehung des Weißen Zwergs instabil. Bei gleichmäßigem Masseverlust blieben die Planeten stabil.

Wann wird die Sonne zu einem Roten Riesen?

In etwa 5 Milliarden Jahren. Die Sonne wird dann während ihrer Riesenphasen etwa 46 % ihrer Masse verlieren, bevor sie als Weißer Zwerg mit etwa 0,54 Sonnenmassen endet. In der Studie ereignen sich die Auflösungen während dieses Masseverlusts oder in den folgenden Milliarden Jahren.

Was ist ein Weiße-Zwerg-Kick?

Es ist die kleine Geschwindigkeit, die ein Stern scheinbar gewinnt, wenn er zu einem Weißen Zwerg wird, etwa 0,75 km pro Sekunde nach Gaia-Messungen an weiten Doppelsternpaaren. Ein Kick bedeutet, dass der Stern sein Gas ungleichmäßig verloren hat, und jeder ungleichmäßige Ausbruch stößt auch alle Planeten im Orbit an.

Könnte Saturn wirklich aus dem Sonnensystem geschleudert werden?

In einigen Simulationen ja. In einem Lauf wurde Saturn innerhalb von 2,5 Millionen Jahren nach der Entstehung des Weißen Zwergs ausgestoßen. Unter den Riesenplaneten waren Ausstöße häufiger als Kollisionen, sodass verlorene Planeten als frei fliegende Welten durch die Galaxie treiben würden.

Was kommt als Nächstes

Die Studie erschien im September 2026 in The Astrophysical Journal Letters, nach einem Preprint auf arXiv, und erlangte am 12. Oktober breitere Berichterstattung. Ihre zentrale Zahl kann mit mehr Gaia-Messungen von Weiße-Zwerg-Kicks und besseren Modellen der Gasausstoßung von Riesensternen geschärft werden. Die Autoren weisen auch auf die Planeten und Trümmer hin, die jetzt um Weiße Zwerge gefunden werden, als Aufzeichnung darüber, wie jeder Stern gestorben ist, sodass jedes neu gezählte System dort testet, ob die Riesen der Sonne dem Untergang geweiht oder nur vergrößert sind.

Reference: Batygin et al., „Terminal Instability of the Solar System Triggered by Stochastic Solar Mass Loss,“ The Astrophysical Journal Letters, 2026. DOI: 10.3847/2041-8213/aea290

Schlagwörter: Astronomie, Weißer Zwerg, Caltech, Konstantin Batygin, Sonne, Sonnensystem