Uued vihjed selle kohta, mis juhtub, kui päike sööb Maa | Quanta ajakiri

Maa saatus toetub mündiviskele.

5 miljardi aasta pärast muutub meie päike punaseks hiiglaslikuks täheks. Kas Maa jääb ellu, on "lahtine küsimus", ütles Melinda Soares-Furtado, astrofüüsik Wisconsini ülikoolis Madisonis. Muidugi, päike võib Maa alla neelata ja hävitada. Kuid mõne stsenaariumi korral Maa põgeneb ja surutakse päikesesüsteemi kaugemale.

Nüüd on lähedal asuv planeedisüsteem pakkunud vihjeid meie planeedi kosmilisele elule. Umbes 57 valgusaasta kaugusel tiirleb neli planeeti ümber päikesesarnase tähe, mis on 10 miljardit aastat vana — kaks korda vanem kui päike ja on juba oma eluea edasijõudnud staadiumis. Stephen Kane, planeetide elamiskõlblikkusele spetsialiseerunud astrofüüsik California ülikoolis Riverside'is modelleerinud, mis võib juhtuda vanema süsteemi planeetidele, kui tähest saab miljardi aasta pärast punane hiiglane. Ta avastas, et suurem osa siseplaneetidest neelatakse alla, kuid teadaolevalt välimine planeet, mille orbiit sarnaneb Veenusega, võib ellu jääda.

Tähe kõrge vanus muudab selle laienemise modelleerimise lihtsamaks ja pakub täpsemat prognoosi meie planeedisüsteemi tuleviku kohta. "See on väga huvitav paber," ütles Jonathon Zink, California Tehnoloogiainstituudi astrofüüsik. "Kui leiame [rohkem] süsteeme tähtede evolutsiooni erinevates faasides, saame tõenäoliselt kokku panna, mis [juhtuma] hakkab."

Krõbedad maailmad

Kui planeet on neelatud, võib surm olla kiire. 2022. aastal Ricardo Yarza, Santa Cruzi California ülikooli täheastrofüüsik, simuleeris mis juhtub kui punane hiiglane neelab planeedi. Ta leidis, et kui planeet algab tähele piisavalt lähedalt, siis selle orbiit laguneb kiiresti. Tähe atmosfääris olev gaas tekitab planeedil tõmbejõudu ja "planeet sukeldub üha sügavamale tähte," ütles Yarza. Mõnesaja aasta jooksul hävib enamik planeete.

Kuni viimase ajani ei olnud neid hukule määratud planeedi elu viimaseid hetki "mitte kunagi otseselt vaadeldud", ütles Kishalay De, Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi astronoom. Kuid aastal 2020 nägi De meeskond, et 12,000 XNUMX valgusaasta kaugusel asuv täht muutus ajutiselt paarsada korda heledamaks. Välklamp oli liiga tuhm, et see oleks tulnud teise tähega ühinemisest. Kuid De ja tema kolleegid olid just õige intensiivsusega planeedisuuruse toiduga teatatud maikuus.

Meeskond oletas, et Jupiterist paar korda massiivsem planeet on tabatud, kui 10 miljardi aasta vanune täht hakkas laienema punaseks hiiglaseks. "See on meie päikesesüsteemi tulevik, " ütles De.

Meie arenev täht

Kui põhijada täht nagu meie päike – mida nimetatakse ka G-tüüpi täheks või kollaseks kääbuseks – jõuab oma eluea lõppu, saab tema tuumas tuumasünteesi toiteks vajalik vesinik otsa. Kui täht pöördub muude kütuseallikate poole ja kaotab massi, muutub selle tuum kuumaks ja selle atmosfäär paisub miljonite aastate jooksul. Lõpuks kasvab meie päike rohkem kui 200 korda laiemaks kui praegune suurus.

See paisuv päike neelab Merkuuri ja tõenäoliselt ka Veenuse, enne kui see nii suureks kasvab, läheneb Maa orbiidile – vahemaad, mida nimetatakse üheks astronoomiliseks ühikuks ehk AU-ks. Kuid see võib veelgi laieneda. "Mõnes mudelis," ütles Antonino LanzaItaalias Catania astrofüüsikalise observatooriumi astronoom, "see võib Marsi neelata". Peamine ebakindlus seisneb tema sõnul selles, kui palju massi päike vananedes kaotab; mida rohkem see heidab, seda väiksem on selle lõplik raadius. "See on halvasti teada," ütles ta.

Praegu näitavad meie parimad hinnangud, et päike kasvab kuskil 0.85–1.5 AU-ni. Kuid kui täht kaotab massi, suurendab nõrgem gravitatsioonitõmme Maa orbiiti, mis tähendab, et meie planeet võib pääseda neelamisest.

Maa tuleviku nägemiseks pöörduvad astronoomid võõraste planeedisüsteemidega täidetud kristallkuuli poole. Nende eesmärk on leida päikesetaolisi tähti, mis peagi õhupalliga (või on just õhupalliga lennanud) punasteks hiiglasteks.

Seetõttu tõmbas Kane’i tähelepanu lähedal asuv kollane kääbustäht Rho Coronae Borealis, kes arvatakse olevat oma päikeselise eluea lõppu jõudmas. Selle neljast teadaolevast planeedist kolm tiirlevad tähe lähedal, mis jääb Veenuse teele meie päikese ümber. Äärepoolseim planeet, mille aasta kestis 282 päeva, on orbiidilt sarnane Veenusega.

Kane'i analüüs, avaldatud eelmisel kuul, näitab, et kasvav täht neelab endasse kolm sisemist planeeti. Siseim neist maailmadest, mis arvatakse olevat kivine ja peaaegu neli korda suurem kui Maa mass, aurustub mõnesaja aasta jooksul. "Plasma ülekuumendab planeedi ja põhjustab selle sisuliselt lagunemise," ütles Kane. "Isegi pinnal olevad kivid sulavad ära." Järgmine maailm, Jupiteri massiga gaasihiiglane, on nii suur, et see spiraalselt sissepoole ja tähe gravitatsiooni mõjul rebib selle laiali, mitte ei aurustub. Tõenäoliselt neelatakse ja aurustatakse ka kolmas planeet, väiksem Neptuuni massiga maailm.

Kuid äärepoolseim planeet – ka umbes Neptuuni mass – võib ellu jääda. Kui täht laieneb, neelab see planeedi ajutiselt mitmeks tuhandeks aastaks. Selle aja jooksul röstivad planeedi pinda äärmuslikud temperatuurid, kuid planeet ise peaks ellu jääma, kuna tähe atmosfäär pole sellel kaugusel väga tihe. Seejärel tõmbub täht uuesti kokku ja laieneb, haarates planeedi taas mitmeks aastatuhandeks. Kui planeet suudab ellu jääda, kui sellega mängitakse nagu kõuts hiirega, võib see siis atmosfäärist välja tulla, kui täht viimast korda kahaneb. "Nii et sellel on kohe võimalus põgeneda," ütles Kane.

Kane on näiteks planeedi võimalustest ja sellest, mida need meie enda maailma jaoks tähendada võivad, mõistusega. "Ma kahtlustan, et Maa liigub väljapoole ja jääb ellu," ütles ta.

The Great Escape

Kui planeet pääseb neelamisest, on selle võimalused pikemaks elueaks paljulubavad. Kui täht, nagu meie päike, paisub punaseks hiiglaseks ja heidab oma väliskihte maha, jääb lõpuks järele ainult tihe, valge kuum tähelaip, mida tuntakse valge kääbusena. Need objektid sisaldavad kuni poole algse tähe massist, pakitud Maa suurusele alale. Need peaksid põlema triljoneid aastaid.

Viimase kahe aastakümne jooksul on teadlased leidnud a käputäis eksoplaneete valgete kääbuste ümber tiirlevad, ütles Mary Anne Limbach, Michigani ülikooli eksoplaneedi teadlane. Need planeedid elasid üle oma tähe punase hiiglase faasi, kuigi pole täpselt selge, kuidas. Mõned maailmad – mis kipuvad olema suuremad gaasihiiglased – olid tõenäoliselt oma tähest liiga kaugel, et neid alla neelata, samas kui teised võisid tähe kohisedes ja paisudes väljapoole tõugata. (Astronoomid on näinud ka tõendeid selle kohta, et mõned planeedid olid pole nii vedanud kujul saastunud valged kääbused, mis on rikkad planeetidega seotud elementide, nagu magneesium ja raud, poolest.) James Webbi kosmoseteleskoobi (JWST) jätkuvad vaatlused näitavad eeldatavasti veel kümneid valgete kääbuste ümber tiirlevaid eksoplaneete.

Nii ebatavalised kui nad ka ei tundu, võivad need planeedisüsteemid siiski olla elamiskõlblikud, ütles Limbach, kes juhib mõningaid JWST valge kääbuse vaatlusi. "Valge kääbuse ümber on koht, kust saab vedelat vett" planeedi pinnal, ütles ta. Kuid "see on väga keeruline keskkond."

Rohkem vaatlusi arenenud päikesesüsteemide kohta ja rohkem mudeleid, nagu Kane'i oma, võiks anda parema ülevaate meie enda saatusest. Praeguseks on meie planeedi surm täringuga kindlusest eemal. Inimesed võivad Maa pinnalt juba ammu eemal olla, kuid igaüks, kes 5 miljardi aasta pärast meie poole vaatab, võib näha, kuidas meie planeet meie Päikese sureva hingetõmbe eest ära sõidab – või võib-olla kaob lühikese valgussähvatusega.

Quanta viib läbi mitmeid küsitlusi, et meie vaatajaskonda paremini teenindada. Võtke meie füüsika lugejaküsitlus ja teid osaletakse tasuta võitmiseks Quanta kaubad.