Noi indicii despre ce se va întâmpla când Soarele mănâncă Pământul | Revista Quanta

Soarta Pământului se bazează pe o monedă.

În 5 miliarde de ani, soarele nostru se va transforma într-o stea gigantică roșie. Dacă Pământul supraviețuiește este o „întrebare deschisă”, a spus Melinda Soares-Furtado, astrofizician la Universitatea din Wisconsin, Madison. Sigur, Pământul ar putea fi înghițit de soare și distrus. Dar, în unele scenarii, Pământul scapă și este împins mai departe în sistemul solar.

Acum, un sistem planetar din apropiere a oferit indicii despre viitorul cosmic al planetei noastre. La aproximativ 57 de ani lumină distanță, patru planete orbitează o stea asemănătoare soarelui, care are 10 miliarde de ani - de două ori mai veche decât soarele și se află deja în stadiile avansate ale vieții sale. Stephen Kane, un astrofizician specializat în locuibilitatea planetară la Universitatea din California, Riverside, recent modelat ceea ce s-ar putea întâmpla către planetele sistemului bătrân când steaua devine o gigantă roșie într-un miliard de ani. El a descoperit că majoritatea planetelor interioare vor fi înghițite, dar că cea mai exterioară planetă cunoscută, care are o orbită similară cu a lui Venus, ar putea supraviețui.

Vârsta înaintată a stelei face mai ușoară modelarea expansiunii sale și oferă o prognoză mai precisă a viitorului propriului nostru sistem planetar. „Este o lucrare foarte interesantă”, a spus Jonathan Zink, astrofizician la Institutul de Tehnologie din California. „Dacă putem găsi [mai multe] sisteme în diferite faze ale evoluției stelare, probabil că putem pune împreună ceea ce se va [se întâmpla].”

Lumi crocante

Când o planetă este înghițită, moartea poate fi rapidă. În 2022, Ricardo Yarza, un astrofizician stelar de la Universitatea din California, Santa Cruz, a simulat ce se întâmplă când un gigant roșu înghite o planetă. El a descoperit că, dacă planeta începe suficient de aproape de stea, orbita ei se descompune rapid. Gazul din atmosfera stelei creează o frecvență asupra planetei și „planeta continuă să se cufunde din ce în ce mai adânc în stele”, a spus Yarza. În câteva sute de ani, majoritatea planetelor vor fi distruse.

Până de curând, aceste ultime momente ale vieții unei planete condamnate „nu fuseseră niciodată observate direct”, a spus Kishalay De, astronom la Institutul de Tehnologie din Massachusetts. Dar în 2020, echipa lui De a văzut o stea aflată la 12,000 de ani lumină distanță devenind temporar de câteva sute de ori mai strălucitoare. Blițul era prea slab pentru a fi provenit dintr-o fuziune cu o altă vedetă. Dar era exact intensitatea potrivită pentru a fi produsă de o masă de dimensiunea planetei, De și colegii săi raportate în Mai.

Echipa a presupus că o planetă de câteva ori mai masivă decât Jupiter a fost prinsă pe măsură ce steaua veche de 10 miliarde de ani a început să se extindă într-o gigantă roșie. „Acesta este viitorul sistemului nostru solar”, a spus De.

Steaua noastră în evoluție

Când o stea din secvența principală precum soarele nostru - numită și stea de tip G sau pitică galbenă - ajunge la sfârșitul vieții sale, ea rămâne fără hidrogenul necesar pentru a alimenta fuziunea nucleară în nucleul său. Pe măsură ce steaua se îndreaptă către alte surse de combustibil și își pierde masă, miezul său devine mai fierbinte, iar atmosfera sa se umflă peste milioane de ani. În cele din urmă, soarele nostru va crește de peste 200 de ori mai lat decât dimensiunea sa actuală.

Soarele care se umflă va consuma Mercur și, probabil, Venus, înainte de a crește atât de mare încât să se apropie de orbita Pământului - o distanță cunoscută sub numele de o unitate astronomică sau AU. Dar s-ar putea extinde și mai mult. „În unele modele”, a spus Antonino Lanza, astronom la Observatorul Astrofizic din Catania din Italia, „poate înghiți Marte”. Principala incertitudine, a spus el, constă în cât de multă masă va pierde soarele pe măsură ce îmbătrânește; cu cât pierde mai mult, cu atât raza finală va fi mai mică. „Este prost cunoscut”, a spus el.

Deocamdată, cele mai bune estimări ale noastre sugerează că soarele va crește undeva între 0.85 și 1.5 UA. Dar pe măsură ce steaua își pierde masă, forța gravitațională mai slabă va crește orbita Pământului, ceea ce înseamnă că planeta noastră ar putea scăpa de înghițire.

Pentru a vedea viitorul Pământului, astronomii apelează la o minge de cristal plină cu sisteme planetare extraterestre. Scopul lor este să găsească stele asemănătoare soarelui care se vor transforma în curând (sau tocmai s-au balonat) în giganți roșii.

De aceea, Rho Coronae Borealis, o stea pitică galbenă din apropiere despre care se crede că se apropie de sfârșitul vieții sale însorite, i-a atras atenția lui Kane. Trei dintre cele patru planete cunoscute orbitează aproape de stele, bine pe calea lui Venus în jurul soarelui nostru. Planeta cea mai exterioară, cu un an care durează 282 de zile, este similară pe orbită cu Venus.

Analiza lui Kane, publicat luna trecută, arată că steaua în creștere va înghiți cele trei planete interioare. Cea mai interioară dintre aceste lumi, considerată a fi stâncoasă și aproape de patru ori masa Pământului, se va evapora în câteva sute de ani. „Plama supraîncălzește planeta și o face în esență să se descompună”, a spus Kane. „Chiar și pietrele de la suprafață se vor topi.” Următoarea lume în afară, o gigantă gazoasă cu masa lui Jupiter, este atât de mare încât va spirala spre interior și va fi ruptă de gravitația stelei, în loc să se evapore. A treia planetă, o lume mai mică cu masă Neptun, va fi probabil și ea înghițită și evaporată.

Dar planeta cea mai exterioară - tot despre masa lui Neptun — ar putea supraviețui. Pe măsură ce steaua se extinde, ea va înghiți temporar planeta timp de câteva mii de ani. În acest timp, temperaturile extreme vor prăji suprafața planetei, dar planeta însăși ar trebui să supraviețuiască, deoarece atmosfera stelei nu este foarte densă la această distanță. Steaua se va contracta și se va extinde din nou, înghițind din nou planeta timp de câteva milenii. Dacă planeta poate supraviețui fiind jucată ca un șoarece de pisică, atunci ar putea ieși din atmosferă, pe măsură ce steaua se micșorează pentru o ultimă dată. „Deci are o oportunitate chiar la sfârșit de a scăpa”, a spus Kane.

Kane, unul, este optimist cu privire la șansele planetei și ce ar putea însemna acestea pentru propria noastră lume. „Bănuiesc că Pământul se va mișca spre exterior și va supraviețui”, a spus el.

The Great Escape

Dacă o planetă poate scăpa de înghițire, șansele sale pentru o viață mai lungă sunt promițătoare. Când o stea precum soarele nostru se extinde într-o gigantă roșie și își aruncă straturile exterioare, în cele din urmă singurul lucru rămas este un cadavru stelar dens, încins alb, cunoscut sub numele de pitică albă. Aceste obiecte conțin până la jumătate din masa stelei originale, împachetate într-o zonă de dimensiunea Pământului. Ar trebui să continue să ardă trilioane de ani.

În ultimele două decenii, oamenii de știință au descoperit o o mână de exoplanete care orbitează în jurul piticelor albe, a spus Mary Anne Limbach, un om de știință exoplanet la Universitatea din Michigan. Aceste planete au supraviețuit fazei de gigant roșie a stelei lor, deși nu este clar cum exact. Unele dintre lumi — care tind să fie giganți gazosi mai mari — au fost probabil prea departe de steaua lor pentru a fi înghițite, în timp ce altele ar fi fost împinse în afară în timp ce steaua a pufnit. (Astronomii au văzut, de asemenea, dovezi că unele planete au fost nu atât de norocoasă sub formă de pitice albe poluate, care sunt bogate în elemente asociate cu planetele, cum ar fi magneziul și fierul.) Se așteaptă ca observațiile în curs ale telescopului spațial James Webb (JWST) să descopere alte zeci de exoplanete care orbitează în jurul piticelor albe.

Oricât de neobișnuite ar părea, aceste sisteme planetare ar putea fi încă locuibile, a spus Limbach, care conduce unele dintre observațiile JWST ale piticii albe. „Există un loc în jurul unei pitici albe de unde poți obține apă lichidă” pe suprafața unei planete, a spus ea. Dar „este un mediu foarte provocator”.

Mai multe observații ale sistemelor solare evoluate și mai multe modele precum cel al lui Kane, ar putea oferi o perspectivă mai bună asupra soartei noastre. Deocamdată, moartea planetei noastre este o aruncare a zarurilor departe de certitudine. Oamenii ar putea fi plecați de mult de pe suprafața Pământului, dar oricine aruncă o privire în direcția noastră peste 5 miliarde de ani s-ar putea să vadă planeta noastră eliminând suflarea moartă a soarelui – sau, poate, dispărând într-un scurt fulger de lumină.

Cuante efectuează o serie de sondaje pentru a servi mai bine publicul nostru. Ia-ne sondaj cititor de fizică și vei fi înscris pentru a câștiga gratuit Cuante mărfuri.