Leben ohne Sonne: Wasserstoffatmosphären könnten Exomonde über Milliarden Jahre warmhalten

Auch fernab von Sternen könnte es lebensfreundliche Bedingungen geben. Forschende zeigen, dass Monde sogenannter freifliegender Planeten durch Gezeitenwärme und dichte Wasserstoffatmosphären ihre Ozeane über Milliarden Jahre hinweg flüssig halten könnten.

Künstlerische Darstellung eines freifliegenden Planeten und seines Mondes (KI-generiert). Bild: David Dahlbüdding

Flüssiges Wasser gilt als eine der wichtigsten Voraussetzungen für die Entstehung von Leben. Bisher jedoch konzentrierte sich die Suche nach bewohnbaren Welten vor allem auf Planeten in der habitablen Zone um Sterne herum. Doch neuere Forschung deutet nun darauf hin, dass lebensfreundliche Umgebungen auch völlig unabhängig von einem Stern existieren könnten.

Exomonde bzw. extrasolare Monde sind Monde, die nicht unserem Sonnensystem angehören. Sie umkreisen Exoplaneten. Bisher konnte zwar noch kein Exomond zweifelsfrei nachgewiesen werden, es wird aber angenommen, dass auch diese Himmelskörper lebensfreundliche Bedingungen aufweisen können.

Ein Team des Exzellenzclusters ORIGINS an der Ludwig-Maximilians-Universität München sowie des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik (MPE) hat untersucht, unter welchen Bedingungen solche Welten entstehen können. Dabei kam heraus, dass Monde freifliegender Planeten über erstaunlich lange Zeiträume stabile Ozeane besitzen könnten. Die Ergebnisse wurden in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.

Den Berechnungen zufolge könnten solche Monde ihr Wasser bis zu 4,3 Milliarden Jahre lang in flüssiger Form halten – also fast so lange, wie es die Erde gibt. Die Zeitspanne würde theoretisch ausreichen, damit sich auch komplexe Lebensformen entwickeln.

Wie kosmische Nomaden entstehen

In den frühen Phasen der Planetenbildung verlaufen viele Prozesse turbulent. Junge Planeten bewegen sich auf instabilen Bahnen und können einander durch gravitative Wechselwirkungen aus dem System schleudern. Zurück bleiben sogenannte freifliegende Planeten.

Freifliegende Planeten, auch Free-Floating Planets (FFP) genannt, treiben ohne Bindung an einen Stern durch den interstellaren Raum.

Frühere Untersuchungen der LMU-Physikerin Dr. Giulia Roccetti hatten bereits gezeigt, dass ausgestoßene Gasriesen nicht zwangsläufig ihre gesamten Mondsysteme verlieren. Einige Monde können demnach weiterhin auf stabilen Umlaufbahnen um ihren Planeten kreisen.

Gezeitenkräfte als Wärmequelle

Der Ausstoß aus dem ursprünglichen Planetensystem verändert allerdings die Bahnen der verbleibenden Monde. Ihre Umlaufbahnen werden häufig stark elliptisch, sodass sich ihr Abstand zum Planeten ständig verändert.

Die wechselnden Entfernungen führen zu intensiven Gezeitenkräften. Der Mondkörper wird dabei rhythmisch verformt, sein Inneres zusammengepresst und wieder gedehnt. Durch die dabei entstehende Reibung wird Wärme freigesetzt – ein Vorgang, der als Gezeitenheizung bezeichnet wird. Die dabei entstehende Energie kann ausreichen, um flüssige Ozeane auf der Oberfläche zu erhalten, selbst in der extremen Kälte des interstellaren Raums.

Wasserstoff statt Kohlendioxid

Ob diese Wärme tatsächlich an der Oberfläche bleibt, hängt entscheidend von der Atmosphäre des Mondes ab. Auf der Erde sorgt Kohlendioxid als Treibhausgas dafür, dass Wärme in der Atmosphäre gehalten wird.

Frühere Studien hatten gezeigt, dass CO₂ auch auf Exomonden lebensfreundliche Bedingungen über Zeiträume von bis zu 1,6 Milliarden Jahren stabilisieren könnte.

Unter den extrem niedrigen Temperaturen freifliegender Systeme würde Kohlendioxid jedoch kondensieren. Die Atmosphäre würde dadurch ihre isolierende Wirkung verlieren und Wärme könnte ins All entweichen. Deshalb untersuchten die Forschenden alternative atmosphärische Zusammensetzungen.

Kollidierende Moleküle speichern Wärme

Im Mittelpunkt der neuen Studie stehen wasserstoffreiche Atmosphären. Molekularer Wasserstoff lässt Infrarotstrahlung normalerweise weitgehend passieren und gilt daher nicht als klassisches Treibhausgas.

Unter hohem Druck tritt jedoch ein physikalischer Effekt auf, der als kollisionsinduzierte Absorption bekannt ist. Dabei bilden zusammenstoßende Wasserstoffmoleküle kurzzeitig komplexe Strukturen, die Wärmestrahlung aufnehmen können. Auf diese Weise bleibt Wärme in der Atmosphäre gespeichert. Ein weiterer Vorteil ist, dass Wasserstoff selbst bei extrem niedrigen Temperaturen stabil bleibt.

Ursprünge des Lebens entdeckt?

Anhand der Ergebnisse lässt sich auch die Entstehung von Leben neu erforschen. „Die Zusammenarbeit mit dem Team von Prof. Braun hat uns geholfen zu erkennen, dass die Wiege des Lebens nicht unbedingt eine Sonne benötigt“, sagt David Dahlbüdding, Doktorand an der LMU und Erstautor der Studie.

Wir haben eine klare Verbindung zwischen diesen fernen Monden und der frühen Erde entdeckt, wo hohe Wasserstoffkonzentrationen durch Asteroideneinschläge die Voraussetzungen für Leben geschaffen haben könnten.

Gezeitenkräfte könnten dabei nicht nur Wärme liefern, sondern auch chemische Prozesse antreiben. Die periodische Verformung eines Mondes kann zu lokalen Nass-Trocken-Zyklen führen, bei denen Wasser verdunstet und später wieder kondensiert.

Auf der Suche nach Leben

Solche Zyklen werden als wichtige Voraussetzung für die Bildung komplexer Moleküle angesehen. Daher könnten sie einen entscheidenden Zwischenschritt zur Entstehung von Leben darstellen.

Freifliegende Planeten gelten zudem als sehr häufig. Schätzungen zufolge könnte es in der Milchstraße mindestens ebenso viele dieser kosmischen Nomaden geben wie Sterne.

Sollten Monde freifliegender Planeten tatsächlich über Milliarden Jahre hinweg stabile Ozeane besitzen, würde sich das mögliche Spektrum lebensfreundlicher Umgebungen erheblich erweitern. Leben könnte dann selbst in den dunkelsten Regionen unserer Galaxie entstehen, weit entfernt von jeder Sonne.

Quellenhinweis:

Dahlbüdding, D., Grassi, T., Molaverdikhani, K., Roccetti, G., Ercolano, B., Braun, D., & Caselli, P. (2026): Habitability of Tidally Heated H₂-Dominated Exomoons around Free-Floating Planets. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.