Új nyomok arra vonatkozóan, hogy mi fog történni, amikor a Nap megemészti a Földet | Quanta Magazin

A Föld sorsa egy érmefeldobáson múlik.

5 milliárd év múlva napunk vörös óriáscsillaggá válik. Az, hogy a Föld túléli-e, „nyitott kérdés” – mondta Melinda Soares-Furtado, a Wisconsini Egyetem asztrofizikusa, Madison. Persze, a Földet elnyelheti a Nap és elpusztíthatja. De bizonyos forgatókönyvek szerint a Föld megszökik, és kiszorul a Naprendszerbe.

Nos, egy közeli bolygórendszer nyomokat adott bolygónk kozmikus jövőjére. Körülbelül 57 fényévnyire négy bolygó kering egy napszerű csillag körül, amely 10 milliárd éves – kétszer olyan idős, mint a Nap, és már élete előrehaladott szakaszában van. Stephen Kane, a bolygók lakhatóságára szakosodott asztrofizikus a Kaliforniai Egyetemen, Riverside, nemrég modellezte, hogy mi történhet az idős rendszer bolygóira, amikor a csillag egymilliárd év alatt vörös óriássá válik. Megállapította, hogy a legtöbb belső bolygó elnyelődik, de a legkülső ismert bolygó, amely a Vénuszhoz hasonló pályával rendelkezik, túlélheti.

A csillag előrehaladott kora megkönnyíti a tágulásának modellezését, és pontosabb előrejelzést ad saját bolygórendszerünk jövőjéről. „Ez egy nagyon érdekes újság” – mondta Jonathon Zink, a California Institute of Technology asztrofizikusa. "Ha találunk [több] rendszert a csillagfejlődés különböző fázisaiban, akkor valószínűleg össze tudjuk szedni, mi fog [történni]."

Ropogós világok

Amikor egy bolygót elnyelnek, a halál gyors lehet. 2022-ben Ricardo Yarza, a Santa Cruz-i Kaliforniai Egyetem csillagasztrofizikusa szimulált mi történik amikor egy vörös óriás elnyel egy bolygót. Megállapította, hogy ha a bolygó elég közel indul a csillaghoz, pályája gyorsan lebomlik. A csillag atmoszférájában lévő gáz visszahúzza a bolygót, és „a bolygó egyre mélyebbre süllyed a csillagba” – mondta Yarza. Néhány száz éven belül a legtöbb bolygó elpusztul.

Egészen a közelmúltig egy halálra ítélt bolygó életének utolsó pillanatait „soha nem figyelték meg közvetlenül” – mondta Kishalay De, a Massachusetts Institute of Technology csillagásza. De 2020-ban De csapata azt látta, hogy egy 12,000 XNUMX fényévnyire lévő csillag átmenetileg néhány százszor fényesebbé válik. A villanás túl halvány volt ahhoz, hogy egy másik sztárral való egyesülésből származzon. De ez éppen a megfelelő intenzitás volt ahhoz, hogy egy bolygó méretű étel előállítsa, De és kollégái jelentett májusban.

A csapat azt feltételezte, hogy a Jupiternél néhányszor nagyobb tömegű bolygót elkaptak, amikor a 10 milliárd éves csillag vörös óriássá kezdett terjeszkedni. „Ez a naprendszerünk jövője” – mondta De.

Fejlődő csillagunk

Amikor egy fősorozatú csillag, mint a mi Napunk – amelyet G-típusú csillagnak vagy sárga törpének is neveznek – eléri élete végét, elfogy a magjában lévő magfúzió működtetéséhez szükséges hidrogén. Ahogy a csillag más tüzelőanyag-forrásokhoz fordul, és tömegét veszíti, magja felforrósodik, és légköre évmilliók alatt felpuffad. Végül a napunk a jelenlegi méreténél több mint 200-szor szélesebb lesz.

Ez a duzzadó nap felemészti a Merkúrt és valószínűleg a Vénuszt, mielőtt olyan nagyra nőne, hogy megközelíti a Föld pályáját – ezt a távolságot egy csillagászati ​​egységnek vagy AU-nak nevezik. De még tovább bővülhet. – Egyes modellekben – mondta Antonino Lanza, az olaszországi Catania Asztrofizikai Obszervatóriumának csillagásza szerint „elnyelheti a Marsot”. A fő bizonytalanság szerinte abban rejlik, hogy mennyi tömeget veszít a nap, ahogy öregszik; minél többet hullik, annál kisebb lesz a végső sugara. "Ez rosszul ismert" - mondta.

Egyelőre legjobb becsléseink szerint a Nap 0.85 és 1.5 AU közé fog növekedni. De ahogy a csillag veszít tömegéből, a gyengébb gravitációs erő növeli a Föld pályáját, ami azt jelenti, hogy bolygónk elkerülheti a bekebelezést.

A Föld jövőjének megismeréséhez a csillagászok egy idegen bolygórendszerekkel teli kristálygömbhöz fordulnak. Céljuk, hogy napszerű csillagokat találjanak, amelyek hamarosan vörös óriássá válnak (vagy éppen léggömbölyögnek).

Ezért ragadta meg Kane figyelmét a közeli sárga törpecsillag, a Rho Coronae Borealis, amelyről azt gondolják, hogy a napsütéses élete végéhez ér. Négy ismert bolygója közül három a csillag közelében kering, jóval a Vénusz Nap körüli útjában. A legkülső bolygó 282 napos évével a Vénuszhoz hasonló pályára áll.

Kane elemzése, a múlt hónapban jelent meg, azt mutatja, hogy a növekvő csillag elnyeli a három belső bolygót. E világok legbelső része, amelyet sziklásnak gondolnak, és a Föld tömegének közel négyszerese, néhány száz éven belül elpárolog. "A plazma túlhevíti a bolygót, és lényegében lebomlik" - mondta Kane. "Még a felszínen lévő sziklák is elolvadnak." A következő világ, egy Jupiter tömegű gázóriás, olyan nagy, hogy befelé spirál, és a csillag gravitációja szétszakítja, nem pedig elpárolog. Valószínűleg a harmadik bolygó, egy kisebb, Neptunusz tömegű világ is elnyelődik és elpárolog.

De a legkülső bolygó – a Neptunusz tömegével is – fennmaradhat. Ahogy a csillag tágul, átmenetileg több ezer évre elnyeli a bolygót. Ezalatt a szélsőséges hőmérsékletek megpörkölik a bolygó felszínét, de magának a bolygónak túl kell élnie, mert a csillag légköre nem túl sűrű ezen a távolságon. A csillag ezután ismét összehúzódik és kitágul, és ismét elnyeli a bolygót több évezredre. Ha a bolygó túléli, ha úgy játszanak vele, mint egy kancaegérrel, akkor előkerülhet a légkörből, miközben a csillag utoljára összezsugorodik. „Tehát a végén megvan a lehetősége a szökésre” – mondta Kane.

Kane, például, érti a bolygó esélyeit, és azt, hogy ezek mit jelenthetnek a mi világunk számára. „Gyanítom, hogy a Föld kifelé fog mozogni, és túl fog élni” – mondta.

The Great Escape

Ha egy bolygó meg tud menekülni a bekebelezéstől, akkor ígéretesek az esélyei a hosszabb életre. Amikor egy csillag, mint a mi Napunk, vörös óriássá tágul, és leveti a külső rétegeit, végül csak egy sűrű, fehéren izzó csillaghullám marad, amelyet fehér törpeként ismernek. Ezek az objektumok az eredeti csillag tömegének felét tartalmazzák, a Föld méretű területére csomagolva. Tovább kell égniük még billió évig.

Az elmúlt két évtizedben a tudósok azt találták, hogy a maroknyi exobolygó fehér törpék körül keringő – mondta Mary Anne Limbach, a Michigani Egyetem exobolygó tudósa. Ezek a bolygók túlélték csillaguk vörös óriás fázisát, bár nem világos, hogy pontosan hogyan. Egyes világok – amelyek általában nagyobb gázóriások – valószínűleg túl messze voltak a csillaguktól ahhoz, hogy lenyeljék őket, míg mások kifelé szorulhattak, miközben a csillag nyüzsög és puffan. (A csillagászok arra is bizonyítékot láttak, hogy egyes bolygók nem olyan szerencsés formájában szennyezett fehér törpék, amelyek gazdagok a bolygókhoz kapcsolódó elemekben, például a magnéziumban és a vasban.) A James Webb Űrteleszkóp (JWST) folyamatos megfigyelései várhatóan további tucatnyi exobolygót tárnak fel fehér törpék körül.

Bármennyire is szokatlannak tűnnek, ezek a bolygórendszerek még mindig lakhatóak lehetnek – mondta Limbach, a JWST fehér törpe megfigyelések egy részének vezetője. „Van egy hely egy fehér törpe körül, ahol folyékony vizet kaphatunk” egy bolygó felszínén – mondta. De „ez egy nagyon kihívásokkal teli környezet”.

A kifejlődött naprendszerek több megfigyelése és több modell, mint például Kane-é, nagyobb betekintést nyújthatna saját sorsunkba. Egyelőre bolygónk halála egy kockadobás a bizonyosságtól. Lehet, hogy az emberek már régen eltávolodtak a Föld felszínétől, de bárki, aki felénk pillant 5 milliárd év múlva, láthatja, ahogy bolygónk kifut a nap haldokló leheletéből – vagy talán egy rövid fényvillanás alatt eltűnik.

Quanta felméréssorozatot végez közönségünk jobb kiszolgálása érdekében. Vidd a miénket fizika olvasói felmérés és ingyenesen nyerhetsz Quanta áru.