רמזים חדשים למה שיקרה כשהשמש תאכל את כדור הארץ | מגזין קוונטה

גורלו של כדור הארץ נשען על היפוך מטבע.

בעוד 5 מיליארד שנים, השמש שלנו תבלום לכוכב ענק אדום. אם כדור הארץ שורד היא "שאלה פתוחה", אמר מלינדה סוארס-פורטדו, אסטרופיזיקאי באוניברסיטת ויסקונסין, מדיסון. בטח, כדור הארץ עלול להיבלע על ידי השמש ולהיהרס. אבל בתרחישים מסוימים, כדור הארץ בורח ונדחק החוצה לתוך מערכת השמש.

כעת, מערכת פלנטרית סמוכה הציעה רמזים על הקוסמי של הפלנטה שלנו בהמשך. במרחק של כ-57 שנות אור משם, ארבעה כוכבי לכת מקיפים כוכב דמוי שמש שגילו 10 מיליארד שנים - פי שניים מהשמש, וכבר בשלבים מתקדמים של חייו. סטיבן קיין, אסטרופיזיקאי המתמחה במגורים פלנטריים באוניברסיטת קליפורניה, ריברסייד, לאחרונה דגם את מה שעלול לקרות לכוכבי הלכת של המערכת הקשישה כאשר הכוכב הופך לענק אדום תוך מיליארד שנים. הוא גילה שרוב כוכבי הלכת הפנימיים ייבלעו, אבל כוכב הלכת הידוע החיצוני ביותר, שיש לו מסלול דומה לזה של נוגה, עשוי לשרוד.

גילו המתקדם של הכוכב מקל על מודל התרחבותו ומציע תחזית מדויקת יותר לגבי עתיד המערכת הפלנטרית שלנו. "זה מאמר מאוד מעניין," אמר יונתן זינק, אסטרופיזיקאי במכון הטכנולוגי של קליפורניה. "אם נוכל למצוא [יותר] מערכות בשלבים שונים של התפתחות הכוכבים, כנראה נוכל לחבר את מה שהולך לקרות."

עולמות פריכים

כאשר כוכב לכת נבלע, המוות יכול להיות מהיר. בשנת 2022, ריקרדו יארזה, אסטרופיזיקאי כוכבים באוניברסיטת קליפורניה, סנטה קרוז, הדמיה מה קורה כאשר ענק אדום בולע כוכב לכת. הוא גילה שאם כוכב הלכת מתחיל קרוב מספיק לכוכב, מסלולו מתפורר במהירות. גז באטמוספירה של הכוכב יוצר גרר על כדור הארץ, ו"כוכב הלכת ממשיך לצלול עמוק יותר ויותר לתוך הכוכב", אמר ירזה. בתוך כמה מאות שנים, רוב כוכבי הלכת יושמדו.

עד לאחרונה, הרגעים האחרונים הללו בחייו של כוכב לכת נדון "מעולם לא נצפו ישירות", אמרו קישאלאי דה, אסטרונום במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס. אבל בשנת 2020, הצוות של דה ראה כוכב במרחק של 12,000 שנות אור הופך זמנית לבהיר פי כמה מאות. ההבזק היה עמום מכדי להגיע ממיזוג עם כוכב אחר. אבל זה היה בדיוק העוצמה הנכונה שהופקה על ידי ארוחה בגודל כוכב לכת, דה ועמיתיו דיווח במאי.

הצוות שיער שכוכב לכת מסיבי פי כמה מצדק נתפס כאשר הכוכב בן 10 מיליארד השנים החל להתפשט לענק אדום. "זהו העתיד של מערכת השמש שלנו", אמר דה.

הכוכב המתפתח שלנו

כאשר כוכב ברצף ראשי כמו השמש שלנו - הנקרא גם כוכב מסוג G או ננס צהוב - מגיע לסוף חייו, נגמר לו המימן הדרוש להנעת היתוך גרעיני בליבתו. כשהכוכב פונה למקורות דלק אחרים ומאבד מסה, הליבה שלו מתחממת, והאטמוספירה שלו מתנפחת במשך מיליוני שנים. בסופו של דבר, השמש שלנו תגדל יותר מפי 200 מגודלה הנוכחי.

השמש המתנפחת הזו תכלה את מרקורי וכנראה את נוגה, לפני שתגדל כל כך שהיא תתקרב למסלול כדור הארץ - מרחק המכונה יחידה אסטרונומית אחת, או AU. אבל זה יכול להתרחב עוד יותר. "בדגמים מסוימים," אמר אנטונינו לנזה, אסטרונום במצפה הכוכבים האסטרופיזי של קטניה באיטליה, "זה יכול לבלוע את מאדים". אי הוודאות העיקרית, לדבריו, נעוצה בכמה מסה תאבד השמש ככל שתזדקן; ככל שהוא משיל יותר, הרדיוס הסופי שלו יהיה קטן יותר. "זה לא ידוע", אמר.

לעת עתה, ההערכות הטובות ביותר שלנו מצביעות על כך שהשמש תגדל לאנשהו בין 0.85 ל-1.5 AU. אבל ככל שהכוכב מאבד מסה, המשיכה החלשה יותר של כוח הכבידה תגדיל את מסלול כדור הארץ, כלומר הפלנטה שלנו יכולה להימלט מהבליעה.

כדי לראות את עתידו של כדור הארץ, אסטרונומים פונים לכדור בדולח מלא במערכות פלנטריות זרות. המטרה שלהם היא למצוא כוכבים דמויי שמש שבקרוב יבלו (או זה עתה התגלגלו) לענקים אדומים.

זו הסיבה ש-Rho Coronae Borealis, כוכב גמד צהוב סמוך שלדעתו מגיע לסוף חייו שטופי השמש, משך את תשומת לבו של קיין. שלושה מארבעת כוכבי הלכת הידועים שלו מקיפים קרוב לכוכב, הרבה בנתיב של נוגה סביב השמש שלנו. כוכב הלכת החיצוני ביותר, עם שנה שנמשכת 282 ימים, דומה במסלולו לנוגה.

הניתוח של קיין, פורסם בחודש שעבר, מראה שהכוכב הצומח יבלע את שלושת כוכבי הלכת הפנימיים. העולמות הפנימיים ביותר של אותם עולמות, הנחשבים כסלעיים וכמעט פי ארבעה ממסת כדור הארץ, יתאדה תוך כמה מאות שנים. "הפלזמה מחממת את כדור הארץ וגורמת לו להתמוטט למעשה", אמר קיין. "אפילו הסלעים על פני השטח יימסו." העולם הבא בחוץ, ענק גז עם מסה צדק, הוא כל כך גדול שהוא יתגלגל פנימה ויתקרע על ידי כוח המשיכה של הכוכב, במקום להתאדות. כוכב הלכת השלישי, עולם קטן יותר בעל מסה נפטון, כנראה גם ייבלע ויתאדה.

אבל כוכב הלכת החיצוני ביותר - גם בערך המסה של נפטון — עשוי לשרוד. ככל שהכוכב מתרחב, הוא יבלע זמנית את כוכב הלכת למשך כמה אלפי שנים. במהלך הזמן הזה, טמפרטורות קיצוניות יצללו את פני כוכב הלכת, אבל כוכב הלכת עצמו אמור לשרוד מכיוון שהאטמוספירה של הכוכב אינה צפופה במיוחד במרחק זה. לאחר מכן הכוכב יתכווץ ויתרחב פעם נוספת, ויבלע שוב את כוכב הלכת במשך כמה אלפי שנים. אם כוכב הלכת יכול לשרוד כשמשחקים איתו כמו עכבר של חתול, הוא יכול לצאת מהאטמוספירה כשהכוכב מתכווץ בפעם האחרונה. "אז יש לה הזדמנות ממש בסוף לברוח", אמר קיין.

קיין, למשל, מתלהב מהסיכויים של כדור הארץ ומה המשמעות שלהם עבור העולם שלנו. "אני חושד שכדור הארץ ינוע החוצה, והוא ישרוד", אמר.

הבריחה הגדולה

אם כוכב לכת יכול להימלט מהבליעה, סיכוייו לחיים ארוכים יותר מבטיחים. כאשר כוכב כמו השמש שלנו מתרחב לענק אדום ומשיל את השכבות החיצוניות שלו, בסופו של דבר הדבר היחיד שנותר הוא גופת כוכבים צפופה ולבנה לוהטת הידועה בשם גמד לבן. עצמים אלה מכילים עד מחצית המסה של הכוכב המקורי, ארוז באזור בגודל של כדור הארץ. הם צריכים להמשיך לבעור טריליוני שנים.

בשני העשורים האחרונים, מדענים מצאו א קומץ כוכבי לכת אקסופלנטים ננסים לבנים מסתובבים, אמר מרי אן לימבך, מדען אקסופלנט מאוניברסיטת מישיגן. כוכבי לכת אלה שרדו את שלב הענק האדום של הכוכב שלהם, אם כי לא ברור בדיוק איך. חלק מהעולמות - שנוטים להיות ענקי גז גדולים יותר - היו כנראה רחוקים מדי מהכוכב שלהם מכדי להיבלע, בעוד שאחרים אולי נדחקו החוצה כשהכוכב התנפח והתנפח. (אסטרונומים ראו גם עדויות לכך שכמה כוכבי לכת היו לא כל כך מזל בצורה של ננסים לבנים מזוהמים, אשר עשירים ביסודות הקשורים לכוכבי לכת, כגון מגנזיום וברזל.) תצפיות מתמשכות של טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) צפויות להראות עוד עשרות כוכבי לכת חיצוניים המקיפים ננסים לבנים.

ככל שהן עשויות להיראות חריגות, המערכות הפלנטריות הללו עדיין יכולות להיות ראויות למגורים, אמר לימבך, שמוביל כמה מתצפיות הגמד הלבן JWST. "יש מקום מסביב לגמד לבן שבו אתה יכול לקבל מים נוזליים" על פני השטח של כוכב לכת, אמרה. אבל "זו סביבה מאוד מאתגרת".

תצפיות נוספות על מערכות שמש מפותחות, ועוד דגמים כמו זה של קיין, יכולים לספק תובנה גדולה יותר לגבי גורלנו. לעת עתה, מותו של הפלנטה שלנו הוא גלגול קובייה הרחק מהוודאות. ייתכן שבני האדם נעלמו מזמן משטח כדור הארץ, אבל כל מי שמביט לכיווננו בעוד 5 מיליארד שנים מעכשיו עשוי לראות את כוכב הלכת שלנו רוכב החוצה מהנשימות הגוועות של השמש שלנו - או, אולי, נעלם בהבזק אור קצר.

Quanta עורכת סדרה של סקרים כדי לשרת טוב יותר את הקהל שלנו. קח את שלנו סקר קוראי פיזיקה ותוכלו לזכות בחינם Quanta סחורה.