Nemesis: Die Theorie des Begleitsterns der Sonne

Illustration der Nemesis-Theorie, hypothetischer Begleitstern der Sonne — Illustration eines Begleitsterns der Sonne, ein Brauner Zwerg oder Roter Zwerg.
Bildquelle: astronoo.com (neues Fenster)

Wissenschaftliche Zusammenfassung

Die Nemesis-Hypothese postuliert die Existenz eines Begleitsterns der Sonne auf einer elliptischen Umlaufbahn, der alle 26 bis 30 Millionen Jahre die Oortsche Wolke stört und Kometenschauer sowie Massenaussterben verursacht. Diese 1984 zur Erklärung der im Fossilbericht beobachteten Periodizität vorgeschlagene Theorie wurde nie bestätigt. Moderne Infrarotdurchmusterungen (WISE) haben kein kompatibles Objekt entdeckt, und die Stabilität einer solchen Umlaufbahn über Milliarden von Jahren wird durch galaktische Störungen beeinträchtigt. Die Geburt der Sonne in einem Sternhaufen macht jedoch die Existenz eines Zwillingssterns in ihrer Vergangenheit sehr wahrscheinlich, der heute verstreut ist.

Hat die Sonne einen verborgenen Zwillingsstern namens Nemesis?

Nein, es gibt derzeit keine direkten Beweise für die Existenz von Nemesis. Astronomische Durchmusterungen wie die des WISE-Satelliten haben keinen Braunen Zwerg oder schwachen Stern gefunden, der dieser Hypothese entspricht. Zudem ist es schwierig, eine stabile Umlaufbahn über Milliarden von Jahren aufrechtzuerhalten. Es ist jedoch sehr wahrscheinlich, dass die Sonne bei ihrer Geburt in ihrem ursprünglichen Haufen einen oder mehrere Begleitsterne hatte. Diese Begleiter wurden durch gravitative Wechselwirkungen vor langer Zeit herausgeschleudert, und einer von ihnen könnte der Vorfahr der hypothetischen Nemesis sein, der heute in der Galaxie verloren ist.

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Ursprung der Hypothese: Nemesis, der fehlende Zwillingsstern

Die Idee eines Begleitsterns der Sonne, Nemesis genannt, entstand durch die Beobachtung von Massenaussterbezyklen, die scheinbar alle 26 bis 30 Millionen Jahre auftreten. In den 1980er Jahren wiesen die Forscher David Raup (1933-2015) und Jack Sepkoski (1948-1999) diese Zyklen anhand fossiler Aufzeichnungen nach.

Um diese periodischen Aussterbeereignisse zu erklären, schlugen die Astronomen Richard A. Muller (1944-), Marc Davis (1947-) und Piet Hut (1952-) 1984 die Existenz eines schwach leuchtenden Begleitsterns auf einer stark elliptischen Umlaufbahn um die Sonne vor. Dieser Stern, Nemesis genannt, könnte bei jedem nahen Vorbeiflug die Bahnen der Kometen in der Oortschen Wolke (kugelförmige Region, die Milliarden kleiner eisiger Körper am Rand des Sonnensystems enthält) stören und einen Schauer von Projektilen in Richtung des inneren Sonnensystems auslösen.

N.B.:
In der galaktischen Dynamik kann ein isolierter Stern das Ergebnis gewaltsamer gravitativer Wechselwirkungen innerhalb seines Geburtsclusters sein. Etwa 70 % der massereichen Sterne werden heute in Mehrfachsystemen beobachtet, was darauf hindeutet, dass die Isolation der Sonne wahrscheinlich eine sekundär erworbene Situation ist.

Forschung und Kontroversen

Trotz jahrzehntelanger Forschung wurde kein direkter Beweis für die Existenz von Nemesis gefunden. Moderne astronomische Durchmusterungen wie WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) haben den Himmel im Infrarotbereich kartiert und keine braunen Zwerge oder schwachen Sterne in den für Nemesis vorgeschlagenen Entfernungen entdeckt. Viele Astronomen halten die Nemesis-Hypothese aus folgenden Gründen für unwahrscheinlich:

Fehlender Nachweis: In empfindlichen Infrarotdurchmusterungen wurde kein mit Nemesis kompatibles Objekt in den Daten beobachtet. Dies schließt Hypothesen über relativ warme und massive Braune oder Rote Zwerge innerhalb von ~1,5 Lichtjahren von der Sonne aus.
Schwierigkeit, eine stabile Umlaufbahn aufrechtzuerhalten: Über Milliarden von Jahren in einer gestörten galaktischen Umgebung führen Begegnungen mit anderen Sternen, insbesondere im galaktischen Arm oder im Geburtscluster der Sonne, zu erheblichen gravitativen Störungen, die die Exzentrizität oder Neigung der Umlaufbahn des Begleiters verändern.
Periodizität der Aussterbeereignisse: Große Aussterbeereignisse variieren stark (von 51 Mio. bis 135 Mio. Jahren), was die Idee eines strengen Zyklus verwischt, und kleinere Aussterbeereignisse sind unregelmäßig und zufällig.
Periodische Kometenschauer: Störungen der Oortschen Wolke, die Kometen in Richtung des inneren Sonnensystems schicken, erfordern nicht unbedingt einen Begleitstern. Die Gezeitenkraft der Milchstraße auf die Oortsche Wolke oder der Vorbeiflug naher Sterne reicht aus, um Störungen zu verursachen.

N.B.:
Die Oortsche Wolke ist eine "theoretische" Region, die sich zwischen 2.000 und 100.000 astronomischen Einheiten von der Sonne befindet und Milliarden extrem kleiner und dunkler Kometenkerne enthält. Ihre Existenz wird aus den Umlaufbahnen einiger langperiodischer Kometen abgeleitet, die aus allen möglichen Richtungen kommen und eine Kugel um das Sonnensystem bilden.

Die Idee einer binären Vergangenheit der Sonne behält astrophysikalisches Interesse

Aktuelle Studien zur Sternentstehung zeigen, dass mehr als 60 % der sonnenähnlichen Sterne in binären oder Mehrfachsystemen geboren werden. Die Arbeit von Steven Stahler (Universität von Kalifornien, 2017) legt nahe, dass die Sonne bei ihrer Geburt sehr wahrscheinlich einen Zwillingsstern hatte, der durch gravitative Wechselwirkungen innerhalb ihres ursprünglichen Clusters getrennt wurde.

Dieser Begleiter "Nemesis", falls er existierte, hätte leicht aus dem frühen Sonnensystem ausgestoßen werden können. Tatsächlich entstehen Sterne selten isoliert, sondern innerhalb dichter Sternhaufen (dichte Gruppierung junger Sterne, die aus derselben Molekülwolke geboren wurden). Enge gravitative Wechselwirkungen zwischen jungen Sternen in diesen chaotischen Umgebungen sind häufig und können leicht neu gebildete binäre Paare trennen.

Daher hatte die Sonne sehr wahrscheinlich in ihrer Jugend einen oder mehrere Begleitsterne, die jedoch durch gravitative Störungen abgerissen wurden. Die hypothetische Nemesis, falls sie existierte, würde heute unabhängig um das galaktische Zentrum kreisen, Lichtjahre von uns entfernt, oder von einem anderen Sternsystem eingefangen worden sein. Diese Möglichkeit macht die Suche nach einem solchen Objekt heute umso schwieriger.

Referenzen

FAQ: Alles über den hypothetischen Stern Nemesis

Was ist der Ursprung der Nemesis-Hypothese?

Die Hypothese wurde 1984 von Muller, Davis und Hut formuliert, um einen scheinbaren Zyklus von Massenaussterben im Fossilbericht zu erklären, der sich alle 26 bis 30 Millionen Jahre zu wiederholen schien. Sie schlugen vor, dass ein Begleitstern der Sonne auf einer stark elliptischen Umlaufbahn bei jedem Durchgang die Oortsche Wolke stört und einen Kometenschauer in das innere Sonnensystem sendet.

Warum lehnen die meisten Astronomen heute die Nemesis-Hypothese ab?

Hauptsächlich aus drei Gründen: 1) Fehlender Nachweis durch empfindliche Infrarotdurchmusterungen wie WISE, die kein kompatibles Objekt gefunden haben. 2) Die Schwierigkeit, eine stabile Umlaufbahn über Milliarden von Jahren aufgrund galaktischer Störungen aufrechtzuerhalten. 3) Die Unregelmäßigkeit der Aussterbeereignisse im Fossilbericht, die keinem strengen Zyklus entsprechen und durch andere Ursachen (Gezeitenkräfte der Galaxie, vorbeiziehende Sterne) erklärt werden können.

Was sagt die moderne Wissenschaft über die binäre Vergangenheit der Sonne?

Studien zur Sternentstehung zeigen, dass mehr als 60 % der sonnenähnlichen Sterne in Doppel- oder Mehrfachsystemen geboren werden. Daher ist es sehr wahrscheinlich, dass die Sonne bei ihrer Geburt in ihrem ursprünglichen Haufen einen Zwillingsstern hatte. Gravitative Wechselwirkungen in diesem dichten Haufen haben diesen Begleiter jedoch wahrscheinlich vor Milliarden von Jahren herausgeschleudert, was seine heutige Suche extrem schwierig macht.