Nye ledetråde til, hvad der vil ske, når solen spiser jorden | Quanta Magasinet

Jordens skæbne hviler på et møntskift.

Om 5 milliarder år vil vores sol ballonere til en rød kæmpestjerne. Hvorvidt Jorden overlever er et "åbent spørgsmål," sagde Melinda Soares-Furtado, en astrofysiker ved University of Wisconsin, Madison. Selvfølgelig kunne Jorden blive slugt af solen og ødelagt. Men i nogle scenarier undslipper Jorden og skubbes længere ud i solsystemet.

Nu har et nærliggende planetsystem givet spor til vores planets kosmiske herefter. Omkring 57 lysår væk kredser fire planeter om en sollignende stjerne, der er 10 milliarder år gammel - dobbelt så gammel som solen og allerede i de fremskredne stadier af dens liv. Stephen Kane, en astrofysiker med speciale i planetarisk beboelighed ved University of California, Riverside, for nylig modelleret, hvad der kan ske til det ældre systems planeter, når stjernen bliver en rød kæmpe om en milliard år. Han fandt ud af, at de fleste af de indre planeter vil blive opslugt, men at den yderste kendte planet, som har en bane, der ligner Venus', måske vil overleve.

Stjernens høje alder gør det nemmere at modellere dens ekspansion og giver en mere præcis prognose for vores eget planetsystems fremtid. "Det er et meget interessant papir," sagde Jonathan Zink, en astrofysiker ved California Institute of Technology. "Hvis vi kan finde [flere] systemer i forskellige faser af stjernernes evolution, kan vi sandsynligvis sammensætte, hvad der kommer til at ske."

Sprøde verdener

Når en planet er opslugt, kan døden være hurtig. I 2022, Ricardo Yarza, en stjerneastrofysiker ved University of California, Santa Cruz, simulerede hvad der sker når en rød kæmpe sluger en planet. Han fandt ud af, at hvis planeten starter tæt nok på stjernen, falder dens kredsløb hurtigt. Gas i stjernens atmosfære skaber et træk på planeten, og "planeten bliver ved med at dykke dybere og dybere ind i stjernen," sagde Yarza. Inden for et par hundrede år vil de fleste planeter blive ødelagt.

Indtil for nylig var disse sidste øjeblikke af en dødsdømt planets liv "aldrig blevet observeret direkte," sagde Kishalay De, en astronom ved Massachusetts Institute of Technology. Men i 2020 så Des team en stjerne 12,000 lysår væk midlertidigt blive et par hundrede gange lysere. Blitzen var for svag til at komme fra en fusion med en anden stjerne. Men det var den helt rigtige intensitet at være blevet produceret af et måltid på planetstørrelse, De og hans kolleger rapporteret i Maj.

Holdet formodede, at en planet, der er et par gange mere massiv end Jupiter, var blevet fanget, da den 10 milliarder år gamle stjerne begyndte at udvide sig til en rød kæmpe. "Dette er fremtiden for vores solsystem," sagde De.

Vores stjerne i udvikling

Når en hovedsekvensstjerne som vores sol - også kaldet en G-type stjerne eller gul dværg - når slutningen af ​​sin levetid, løber den tør for den brint, der er nødvendig for at drive kernefusion i sin kerne. Når stjernen vender sig til andre brændstofkilder og taber masse, bliver dens kerne varmere, og dens atmosfære puster op over millioner af år. Til sidst vil vores sol vokse mere end 200 gange så bred som dens nuværende størrelse.

Den svulmende sol vil forbruge Merkur og sandsynligvis Venus, før den bliver så stor, at den nærmer sig Jordens kredsløb - en afstand kendt som én astronomisk enhed eller AU. Men det kan udvides endnu mere. "I nogle modeller," sagde Antonino Lanza, en astronom ved det astrofysiske observatorium i Catania i Italien, "det kan opsluge Mars." Den største usikkerhed, sagde han, ligger i, hvor meget masse solen vil miste, når den ældes; jo mere den falder, jo mindre vil dens endelige radius være. "Det er dårligt kendt," sagde han.

Indtil videre tyder vores bedste skøn på, at solen vil vokse til et sted mellem 0.85 og 1.5 AU. Men efterhånden som stjernen mister masse, vil den svagere tyngdekraft øge Jordens kredsløb, hvilket betyder, at vores planet kan undslippe opslukning.

For at se Jordens fremtid vender astronomer sig til en krystalkugle fyldt med fremmede planetsystemer. Deres mål er at finde sollignende stjerner, der snart vil ballonere (eller lige har balloneret) til røde kæmper.

Det er derfor, Rho Coronae Borealis, en nærliggende gul dværgstjerne, der menes at være ved at nå slutningen af ​​sit solrige liv, fangede Kanes opmærksomhed. Tre af dens fire kendte planeter kredser tæt på stjernen, et godt stykke inden for Venus’ vej rundt om vores sol. Den yderste planet, med et år, der varer 282 dage, ligner Venus i kredsløb.

Kanes analyse, offentliggjort i sidste måned, viser, at den voksende stjerne vil opsluge de tre indre planeter. Den inderste af disse verdener, der menes at være stenet og næsten fire gange jordens masse, vil fordampe inden for et par hundrede år. "Plasmaet overophedes planeten og får den til at bryde ned," sagde Kane. "Selv klipperne på overfladen vil smelte væk." Den næste verden ud, en gasgigant med Jupitermasse, er så stor, at den vil spiral indad og blive revet fra hinanden af ​​stjernens tyngdekraft i stedet for at fordampe. Den tredje planet, en mindre Neptun-masseverden, vil sandsynligvis også blive opslugt og fordampet.

Men den yderste planet - også omkring Neptuns masse - kan overleve. Når stjernen udvider sig, vil den midlertidigt opsluge planeten i flere tusinde år. I løbet af denne tid vil ekstreme temperaturer stege planetens overflade, men planeten selv burde overleve, fordi stjernens atmosfære ikke er særlig tæt på denne afstand. Stjernen vil derefter trække sig sammen og udvide sig endnu en gang og igen opsluge planeten i flere årtusinder. Hvis planeten kan overleve at blive leget med som en tomcats mus, kan den så dukke op fra atmosfæren, mens stjernen krymper for en sidste gang. "Så det har en mulighed lige i slutningen for at flygte," sagde Kane.

Kane er for det første glad for planetens chancer, og hvad de kan betyde for vores egen verden. "Jeg formoder, at Jorden vil bevæge sig udad, og den vil overleve," sagde han.

The Great Escape

Hvis en planet kan undslippe opslukning, er dens chancer for et længere liv lovende. Når en stjerne som vores sol udvider sig til en rød kæmpe og afgiver sine ydre lag, er det eneste, der er tilbage, til sidst et tæt, hvidglødende stjernelig kendt som en hvid dværg. Disse objekter indeholder så meget som halvdelen af ​​massen af ​​den oprindelige stjerne, pakket ind i et område på størrelse med Jorden. De bør fortsætte med at brænde i billioner af år.

I de sidste to årtier har forskere fundet en håndfuld exoplaneter kredsende hvide dværge, sagde Mary Anne Limbach, en exoplanet videnskabsmand ved University of Michigan. Disse planeter overlevede deres stjernes røde kæmpefase, selvom det ikke er klart præcist hvordan. Nogle af verdenerne - som plejer at være større gasgiganter - var sandsynligvis for langt fra deres stjerne til at blive sluget, mens andre måske er blevet skubbet udad, mens stjernen pustede og pustede. (Astronomer har også set beviser for, at nogle planeter var ikke så heldig i form af forurenede hvide dværge, som er rige på elementer forbundet med planeter, såsom magnesium og jern.) Igangværende observationer af James Webb Space Telescope (JWST) forventes at vise dusinvis flere exoplaneter, der kredser om hvide dværge.

Så usædvanlige som de kan virke, kan disse planetsystemer stadig være beboelige, sagde Limbach, der leder nogle af JWST-observationerne af hvid dværg. "Der er et sted omkring en hvid dværg, hvor du kan få flydende vand" på en planets overflade, sagde hun. Men "det er et meget udfordrende miljø."

Flere observationer af udviklede solsystemer og flere modeller som Kane's kunne give større indsigt i vores egen skæbne. For nu er vores planets død et terningkast væk fra vished. Mennesker er måske for længst væk fra Jordens overflade, men enhver, der kigger i vores retning 5 milliarder år fra nu, kan se vores planet ride ud af vores sols døende åndedrag - eller måske forsvinde i et kort lysglimt.

Quanta gennemfører en række undersøgelser for bedre at kunne betjene vores publikum. Tag vores fysiklæserundersøgelse og du vil være med til at vinde gratis Quanta varer.