Astronomen haben einen kuriosen Stern aufgespürt: Janus – so der Name – besteht aus zwei unterschiedlichen Hemisphären. Es ist das erste Mal, das ein solches kosmisches Phänomen beobachtet wurde. Und noch etwas ist bemerkenswert: Unserer Sonne wird es einst ergehen wie Janus: Sie wird kollabieren und zu einem Weißen Zwerg.
Ein 1300 Lichtjahre entfernter Weißer Zwergstern zeigt Astronomen zwei höchst unterschiedliche Gesichter: Die Oberfläche der einen Hemisphäre besteht aus Helium, die Oberfläche der anderen aus Wasserstoff. Das zeigen Beobachtungen eines internationalen Forscherteams mit mehreren großen Teleskopen.
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Es ist das erste Mal, dass Himmelsforscher ein derartiges Phänomen bei einem Weißen Zwerg beobachten. Ursache für die seltsame Erscheinung seien vermutlich Magnetfelder, schreiben die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe des renommierten Fachblatts „Nature“.
„Weiße Zwerge sind extrem dichte Überreste ganz normaler Sterne wie unserer Sonne“, erläutern Ilaria Caiazzo vom California Institute of Technology und ihre Kollegen. „Eine Masse, so groß wie die unserer Sonne, ist bei ihnen in ein Objekt gepresst, dass etwa so groß ist wie die Erde.“
In etwa fünf Milliarden Jahren, wenn unsere Sonne ihren Vorrat an Kernbrennstoff aufgebraucht hat, bläht sie sich zunächst zu einem Roten Riesenstern auf und fällt anschließend zu einem solchen Weißen Zwerg zusammen, der über Jahrmilliarden hinweg langsam abkühlt.
Der auf den Namen „Janus“ getaufte Stern „ZTF J203349.8+322901.1“ – benannt nach dem römischen Gott mit den zwei Gesichtern – fiel den Forschern zuerst bei Beobachtungen mit der Zwicky Transient Facility an der Sternwarte auf dem Mount Palomar in Kalifornien auf. Dieses Teleskop sucht nach auffälligen, vorübergehenden Helligkeitsänderungen bei Sternen.
Janus zeigt sehr starke Schwankungen seiner Helligkeit im Rhythmus von 15 Minuten, ein ungewöhnliches Verhalten für Weiße Zwerge. Grund genug für Ilaria Caiazzo und ihr Team, das Objekt mit verschiedenen Teleskopen genauer unter die Lupe zu nehmen.
Das Ergebnis der Beobachtungen war überraschend: Die Oberfläche von Janus besteht auf einer Seite nahezu ausschließlich aus Helium, die der anderen Seite dagegen nur aus Wasserstoff. Bislang kannten Astronomen lediglich Weiße Zwerge, deren Oberfläche entweder aus Wasserstoff oder aus Helium besteht.
„Bei der starken Schwerkraft der Weißen Zwerge sinken alle schweren Elemente in die Tiefe, oben bleibt zunächst nur Wasserstoff zurück“, erklären die Forscher. Doch wenn ein Zwergstern unter eine Temperatur von 30 000 Grad abkühle, komme es zu einer Durchmischung der oberen Schichten, und Helium dominiert deshalb bei kühleren Weißen Zwergen an der Oberfläche.
Und wie sieht es mit unserer Sonne aus? Wann wird sie wie Janus zum Weißen Zwerg?
Die Sonne gehört zur Sternengruppe der Gelben Zwerge und hat einen Durchmesser von rund 1,4 Millionen Kilometern. Nach unterschiedlichen Berechnungen von Wissenschaftlern wird der Stern in 5 bis 7,6 Milliarden Jahren untergehen.
Wird der kosmische Kollaps der Sonne ein dramatischer Todeskampf, ein plötzlicher Exitus oder ein sich dahinhinschleppendes Siechtum? Einer, der den Sonnenuntergang berechnet und beschrieben hat, ist der amerikanische Planetologe und Geophysiker Jeffrey Kargel von der University of Arizona. Nach seinen Berechnungen beginnt die erste ungemütliche Phase im Sonnensystem in 1,5 Milliarden Jahren.
Nichts ist so zuverlässig wie die Sonne. Seit mehr als fünf Milliarden Jahren spendet sie der Erde und den anderen Planeten unseres Sonnensystems Licht und Wärme. In ihrem Innern verschmelzen Wasserstoffkerne zu Helium und liefern die nötige Energie. Ein gigantisches, unerschöpfliches Kraftwerk – so scheint es. Doch irgendwann ist Schluss mit der komfortablen interstellaren Energieversorgung.
Seit ihrer Entstehung nimmt die Größe und Helligkeit der Sonne stetig zu – um rund ein Prozent in 100 Millionen Jahren. Wenn sie in 1,5 Milliarden Jahre 15 Prozent heller strahlt als heute, könnten die Temperaturen auf der Erde auf 60 bis 70 Grad Celsius steigen.
In den folgenden Milliarden Jahren wird die Sonne ihre Brennstoffvorräte vollends aufzehren. Um den schwindenden Wasserstoff auszugleichen, werden sich die Fusionsprozesse im solaren Glutofen drastisch erhöhen.
Der Brennofen Sonne glüht folglich heißer mit weniger Brennstoff. Dadurch wiederum steigt die Temperatur im Innern des Gasballs, so dass auch der Wasserstoff in den äußeren Sonnenregionen – der Photo- und Chromosphäre sowie der Korona – zündet und der Stern immer heller strahlt.
Schließlich bläht sich der Stern zu einem Feuerball auf, der das 256-Fache seines heutigen Radius von 1 91 400 Kilometern (zum Vergleich: die Erde hat einen Durchmesser von 12 742 Kilometern) erreicht. Irgendwann wird die Sonne – so die Computersimulationen – zum Roten Riesen, einem Himmelskörper von gigantischen Ausmaßen und extrem hoher Temperatur, der die Planeten Venus und Merkur komplett vernichtet.
Die Erde wird durch das Siechtum der Sonne in ihre planetarische Urzeit zurückkatapultiert. Auf der Oberfläche wird es unerträglich heiß, etwa 1000 Grad Celsius. Das Gestein beginnt zu schmelzen, Mineralien lösen sich auf, tödliche Wolken aus Schwefelsäure umhüllen die Atmosphäre wie einst auf der Venus. Nach Angaben von Kargel werden Eisen-Regen und Schnee aus Siliziumoxid, Natrium und Kalium fallen.
In sieben Milliarden Jahren soll das Ende Jeffry Kargel zufolge ganz nahe sein. Der Rote Riese, der einst unsere Sonne war, hält die Erde im Klammergriff, so dass er ihr immer nur eine Seite zuwendet. Auf der einen Seite herrscht ewiger Tag mit Temperaturen wie in einer Stahlschmelze, die selbst Magma-Seen verdampfen lässt. Auf der abgewandten Seite herrscht dagegen ewige Nacht mit Temperaturen von bis zu minus 240 Grad Celsius.
Wenige hundert Millionen Jahre später ist es dann so weit: Die Erde nähert sich der Sonne aufgrund ihrer Anziehungskraft und Masse immer mehr an, bis sie schließlich in deren Hülle eintaucht.
Nach der Erde wird irgendwann auch die Sonne sterben. Der Rote Riese mutiert zu einem Weißen Zwerg – den Überresten ausgebrannter Sterne, die völlig erloschen sind. Dann wird sich die ehemalige Sonne wie Janus in den Tiefen des Universums ihren Weg bahnen.
