Nowe wskazówki na temat tego, co się stanie, gdy Słońce pożre Ziemię | Magazyn Quanta

Los Ziemi zależy od rzutu monetą.

Za 5 miliardów lat nasze Słońce zamieni się w czerwonego olbrzyma. To, czy Ziemia przeżyje, jest „kwestią otwartą” – stwierdził Melinda Soares-Furtado, astrofizyk z Uniwersytetu Wisconsin w Madison. Jasne, Ziemia może zostać połknięta przez Słońce i zniszczona. Jednak w niektórych scenariuszach Ziemia ucieka i zostaje wypchnięta dalej w głąb Układu Słonecznego.

Teraz pobliski układ planetarny dostarczył wskazówek na temat kosmicznego zaświatów naszej planety. W odległości około 57 lat świetlnych cztery planety krążą wokół gwiazdy podobnej do Słońca, która ma 10 miliardów lat – jest dwa razy starsza od Słońca i znajduje się już w zaawansowanym stadium swojego życia. Stephen Kane, astrofizyk specjalizujący się w zamieszkiwaniu planet na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside, niedawno modelował, co może się wydarzyć do planet starszego układu, gdy za miliard lat gwiazda stanie się czerwonym olbrzymem. Odkrył, że większość planet wewnętrznych zostanie pochłonięta, ale najbardziej zewnętrzna znana planeta, której orbita jest podobna do Wenus, może przetrwać.

Zaawansowany wiek gwiazdy ułatwia modelowanie jej ekspansji i pozwala na dokładniejszą prognozę przyszłości naszego układu planetarnego. „To bardzo interesujący artykuł” – stwierdził Jonathana Zinka, astrofizyk z California Institute of Technology. „Jeśli uda nam się znaleźć [więcej] układów na różnych etapach ewolucji gwiazd, prawdopodobnie będziemy w stanie poskładać w całość to, co się [stanie].”

Chrupiące światy

Kiedy planeta zostaje pochłonięta, śmierć może być szybka. W 2022 r. Ricardo Yarza, gwiezdny astrofizyk z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz, przeprowadził symulację co się dzieje kiedy czerwony olbrzym połyka planetę. Odkrył, że jeśli planeta zaczyna znajdować się wystarczająco blisko gwiazdy, jej orbita szybko maleje. Gaz w atmosferze gwiazdy powoduje opór planety, w wyniku czego „planeta zanurza się coraz głębiej w gwiazdę” – powiedział Yarza. W ciągu kilkuset lat większość planet zostanie zniszczona.

Do niedawna tych ostatnich chwil życia skazanej na zagładę planety „nigdy nie obserwowano bezpośrednio” – stwierdził Kishalay De, astronom z Massachusetts Institute of Technology. Jednak w 2020 roku zespół De zaobserwował, że gwiazda oddalona o 12,000 XNUMX lat świetlnych chwilowo stała się kilkaset razy jaśniejsza. Błysk był zbyt słaby, aby pochodzić z połączenia z inną gwiazdą. De i jego współpracownicy stwierdzili jednak, że była to odpowiednia intensywność, jaką mógł wytworzyć posiłek wielkości planety zgłaszane w maju.

Zespół przypuszczał, że planeta kilka razy masywniejsza od Jowisza została złapana, gdy 10-miliardowa gwiazda zaczęła rozszerzać się do czerwonego olbrzyma. „To jest przyszłość naszego Układu Słonecznego” – powiedział De.

Nasza ewoluująca gwiazda

Kiedy gwiazda ciągu głównego, taka jak nasze Słońce – zwana także gwiazdą typu G lub żółtym karłem – osiąga kres swojego życia, w jej jądrze kończy się wodór niezbędny do napędzania syntezy jądrowej. Gdy gwiazda zwraca się ku innym źródłom paliwa i traci masę, jej jądro staje się coraz gorętsze, a atmosfera wzmaga się przez miliony lat. W końcu nasze słońce będzie ponad 200 razy większe niż jego obecne rozmiary.

To pęczniejące słońce pochłonie Merkurego i prawdopodobnie Wenus, zanim stanie się tak duże, że zbliży się do orbity Ziemi – na odległość znaną jako jedna jednostka astronomiczna (AU). Ale może się jeszcze bardziej rozwinąć. „W niektórych modelach” – powiedział Antonino Lanza, astronom z Obserwatorium Astrofizycznego w Katanii we Włoszech, „może pochłonąć Marsa”. Główna niepewność, powiedział, polega na tym, ile masy utraci słońce w miarę starzenia się; im bardziej się zrzuca, tym mniejszy będzie jego ostateczny promień. „To jest słabo znane” – powiedział.

Na razie nasze najlepsze szacunki sugerują, że Słońce wzrośnie do poziomu pomiędzy 0.85 a 1.5 jednostki astronomicznej. Jednak w miarę jak gwiazda traci masę, słabsze przyciąganie grawitacyjne zwiększy orbitę Ziemi, co oznacza, że ​​nasza planeta będzie mogła uniknąć pochłonięcia.

Aby zobaczyć przyszłość Ziemi, astronomowie zwracają się do kryształowej kuli wypełnionej obcymi układami planetarnymi. Ich celem jest znalezienie gwiazd podobnych do Słońca, które wkrótce rozrosną się (lub właśnie rozdęły się) i zmienią się w czerwonych olbrzymów.

Właśnie dlatego Rho Coronae Borealis, pobliski żółty karzeł, o którym uważa się, że dobiega końca swój słoneczny okres życia, przykuła uwagę Kane’a. Trzy z czterech znanych planet krążą blisko gwiazdy, w bliskiej odległości od Wenus wokół naszego Słońca. Najbardziej zewnętrzna planeta, której rok trwa 282 dni, ma podobną orbitę do Wenus.

analiza Kane’a, opublikowany w zeszłym miesiącu, pokazuje, że rosnąca gwiazda pochłonie trzy planety wewnętrzne. Najbardziej wewnętrzny z tych światów, uważany za skalisty i mający prawie czterokrotną masę Ziemi, wyparuje w ciągu kilkuset lat. „Plazma przegrzewa planetę i powoduje jej zasadniczy rozkład” – powiedział Kane. „Nawet skały na powierzchni stopią się.” Następny świat, gazowy olbrzym o masie Jowisza, jest tak duży, że zamiast wyparować, będzie kręcił się spiralą do wewnątrz i zostanie rozerwany przez grawitację gwiazdy. Trzecia planeta, mniejszy świat o masie Neptuna, prawdopodobnie również zostanie pochłonięta i wyparowana.

Ale najbardziej zewnętrzna planeta – także o masie Neptuna – może przetrwać. W miarę rozszerzania się gwiazda tymczasowo pochłonie planetę na kilka tysięcy lat. W tym czasie ekstremalne temperatury spalą powierzchnię planety, ale sama planeta powinna przetrwać, ponieważ atmosfera gwiazdy nie jest zbyt gęsta w tej odległości. Następnie gwiazda skurczy się i ponownie rozszerzy, ponownie pochłaniając planetę na kilka tysiącleci. Jeśli planeta przetrwa zabawę niczym kocur-mysz, może wyłonić się z atmosfery, gdy gwiazda po raz ostatni się kurczy. „Ma więc szansę na ucieczkę na samym końcu” – powiedział Kane.

Kane na przykład jest optymistycznie nastawiony do szans stojących przed planetą i tego, co mogą one oznaczać dla naszego świata. „Podejrzewam, że Ziemia przesunie się na zewnątrz i przetrwa” – powiedział.

The Great Escape

Jeśli planecie uda się uciec z pochłonięcia, jej szanse na dłuższe życie są obiecujące. Kiedy gwiazda taka jak nasze Słońce rozszerza się, przekształcając się w czerwonego olbrzyma i zrzuca swoje zewnętrzne warstwy, ostatecznie jedyne, co pozostaje, to gęste, rozgrzane do białości zwłoki gwiezdne, znane jako biały karzeł. Obiekty te zawierają aż połowę masy pierwotnej gwiazdy, upakowane na obszarze wielkości Ziemi. Powinny płonąć przez biliony lat.

W ciągu ostatnich dwóch dekad naukowcy odkryli garść egzoplanet krążących wokół białych karłów, powiedział Marii Anny Limbach, naukowiec zajmujący się egzoplanetami na Uniwersytecie Michigan. Planety te przetrwały fazę czerwonego olbrzyma swojej gwiazdy, chociaż nie jest jasne, w jaki sposób. Niektóre światy – które zwykle są większymi gazowymi olbrzymami – znajdowały się prawdopodobnie zbyt daleko od swojej gwiazdy, aby mogły zostać połknięte, podczas gdy inne mogły zostać wypchnięte na zewnątrz, gdy gwiazda sapała i sapała. (Astronomowie widzieli także dowody na to, że niektóre planety były nie tak szczęśliwy w formie zanieczyszczone białe karły, które są bogate w pierwiastki związane z planetami, takie jak magnez i żelazo.) Oczekuje się, że bieżące obserwacje prowadzone przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) odkryją dziesiątki kolejnych egzoplanet krążących wokół białych karłów.

Choć mogłoby się to wydawać niezwykłe, te układy planetarne nadal mogą nadawać się do zamieszkania, powiedział Limbach, który kieruje niektórymi obserwacjami białych karłów JWST. „Wokoło białego karła znajduje się miejsce, w którym na powierzchni planety można znaleźć wodę w stanie ciekłym” – powiedziała. Ale „to bardzo wymagające środowisko”.

Więcej obserwacji wyewoluowanych układów słonecznych i więcej modeli takich jak ten Kane’a mogłoby zapewnić lepszy wgląd w losy naszego układu. Na razie śmierć naszej planety jest tylko rzutem kostką od niepewności. Być może ludzie już dawno zniknęli z powierzchni Ziemi, ale każdy, kto spojrzy w naszą stronę za 5 miliardów lat, może zobaczyć, jak nasza planeta wymyka się z ostatnich oddechów Słońca – lub być może znika w krótkim błysku światła.

Quanta przeprowadza serię ankiet, aby lepiej służyć naszym odbiorcom. Weź nasze ankieta dla czytelników fizyki i zostaniesz wpisany, aby wygrać za darmo Quanta towar.