Нові підказки того, що станеться, коли Сонце з'їсть Землю | Журнал Quanta

Доля Землі залежить від підкидання монети.

Через 5 мільярдів років наше сонце перетвориться на червону гігантську зірку. Чи виживе Земля, це «відкрите питання». Мелінда Соарес-Фуртадо, астрофізик Університету Вісконсіна, Медісон. Звичайно, Земля може бути проковтнута сонцем і знищена. Але в деяких сценаріях Земля втікає і виштовхується далі вглиб Сонячної системи.

Тепер сусідня планетна система запропонувала підказки про загробний космос нашої планети. Приблизно за 57 світлових років від нас чотири планети обертаються навколо сонцеподібної зірки віком 10 мільярдів років — удвічі старшої за Сонце, і яка вже перебуває на пізній стадії свого життя. Стівен Кейн, нещодавно астрофізик, який спеціалізується на планетарній населеності в Каліфорнійському університеті, Ріверсайд моделював те, що може статися до планет старої системи, коли зірка стане червоним гігантом через мільярд років. Він виявив, що більшість внутрішніх планет буде поглинуто, але найдальша відома планета, яка має орбіту, подібну до Венери, може вижити.

Похилий вік зірки полегшує моделювання її розширення та пропонує більш точний прогноз майбутнього нашої планетної системи. «Це дуже цікава стаття», — сказав Джонатон Зінк, астрофізик Каліфорнійського технологічного інституту. «Якщо ми зможемо знайти [більше] систем на різних етапах еволюції зірок, ми, ймовірно, зможемо скласти воєдино те, що [станеться]».

Хрусткі світи

Коли планета поглинена, смерть може бути швидкою. У 2022 році Рікардо Ярза, зірковий астрофізик з Університету Каліфорнії в Санта-Круз, моделював що трапляється коли червоний гігант поглинає планету. Він виявив, що якщо планета наближається досить близько до зірки, її орбіта швидко зменшується. Газ в атмосфері зірки створює тиск на планету, і «планета продовжує занурюватися все глибше і глибше в зірку», - сказав Ярза. Протягом кількох сотень років більшість планет буде знищено.

Донедавна ці останні моменти життя приреченої планети «ніколи не спостерігалися безпосередньо». Кішалай Де, астроном Массачусетського технологічного інституту. Але в 2020 році команда Де побачила, що зірка на відстані 12,000 XNUMX світлових років тимчасово стала в кілька сотень разів яскравішою. Спалах був надто тьмяним, щоб стати результатом злиття з іншою зіркою. Але це була саме та інтенсивність, яку виробляла їжа розміром із планету, Де та його колеги повідомляє у травні.

Команда припустила, що планета, яка в кілька разів масивніша за Юпітер, була захоплена, коли 10-мільярдна зірка почала розширюватися в червоного гіганта. «Це майбутнє нашої сонячної системи», — сказав Де.

Наша зірка, що розвивається

Коли така зірка головної послідовності, як наше Сонце — яку також називають зіркою типу G або жовтим карликом — досягає кінця свого життя, у неї закінчується водень, необхідний для забезпечення ядерного синтезу в її ядрі. Коли зірка звертається до інших джерел палива та втрачає масу, її ядро ​​стає гарячішим, а атмосфера роздувається протягом мільйонів років. Згодом наше Сонце виросте більш ніж у 200 разів у ширину, ніж його нинішній розмір.

Це розбухаюче сонце поглине Меркурій і, ймовірно, Венеру, перш ніж вирости настільки великим, що наблизиться до орбіти Землі — відстань, відома як одна астрономічна одиниця, або АС. Але він може розширитися ще далі. "У деяких моделях", - сказав Антоніно Ланца, астроном з Астрофізичної обсерваторії Катанії в Італії, «він може поглинути Марс». Головна невизначеність, за його словами, полягає в тому, скільки маси сонце втратить із старінням; чим більше він линяє, тим меншим буде його кінцевий радіус. "Це погано відомо", - сказав він.

На даний момент наші найкращі оцінки показують, що сонце виросте десь між 0.85 і 1.5 а.о. Але коли зірка втрачає масу, слабша гравітація збільшить орбіту Землі, а це означає, що наша планета може уникнути поглинання.

Щоб побачити майбутнє Землі, астрономи звертаються до кришталевої кулі, наповненої інопланетними системами. Їхня мета — знайти сонцеподібні зірки, які незабаром злетять (або щойно злетіли) у червоних гігантів.

Ось чому Rho Coronae Borealis, сусідня жовта карликова зірка, яка, як вважають, досягає кінця свого сонячного життя, привернула увагу Кейна. Три з чотирьох відомих планет обертаються близько до зірки, в межах шляху Венери навколо нашого Сонця. Найдальша планета, рік якої триває 282 дні, схожа за орбітою на Венеру.

Аналіз Кейна, опубліковано минулого місяця, показує, що зростаюча зірка поглине три внутрішні планети. Найпотаємніший із цих світів, який вважається скелястим і майже в чотири рази перевищує масу Землі, випарується протягом кількох сотень років. «Плазма перегріває планету і змушує її фактично руйнуватися», — сказав Кейн. «Навіть каміння на поверхні розтане». Наступний світ, газовий гігант маси Юпітера, настільки великий, що він рухається по спіралі всередину і буде розірваний гравітацією зірки, а не випаровується. Третя планета, менший світ маси Нептуна, ймовірно, також буде поглинена та випарована.

Але найдальша планета — також масою приблизно як Нептун — може вижити. Коли зірка розширюється, вона тимчасово поглине планету на кілька тисяч років. Протягом цього часу екстремальні температури будуть обсмажувати поверхню планети, але сама планета повинна вижити, оскільки атмосфера зірки не дуже щільна на цій відстані. Потім зірка знову стиснеться і розшириться, знову поглинаючи планету на кілька тисячоліть. Якщо планета зможе вижити, коли з нею гратимуть, як з котячою мишкою, вона може вийти з атмосфери, коли зірка зменшиться в останній раз. «Тож наприкінці у нього є можливість втекти», — сказав Кейн.

Кейн, наприклад, оптимістично оцінює шанси планети та те, що вони можуть означати для нашого світу. «Я підозрюю, що Земля буде рухатися назовні, і вона виживе», — сказав він.

The Great Escape

Якщо планета зможе уникнути поглинання, її шанси на довше життя є багатообіцяючими. Коли така зірка, як наше Сонце, перетворюється на червоного гіганта та скидає свої зовнішні шари, зрештою єдине, що залишається, — це щільний розпечений до білого зоряний труп, відомий як білий карлик. Ці об’єкти містять половину маси початкової зірки, упаковані в область розміром із Землю. Вони повинні продовжувати горіти трильйони років.

За останні два десятиліття вчені виявили a кілька екзопланет які обертаються навколо білих карликів Мері Енн Лімбах, дослідник екзопланет Мічиганського університету. Ці планети пережили фазу червоного гіганта своєї зірки, хоча неясно, як саме. Деякі зі світів, які, як правило, є більшими газовими гігантами, ймовірно, були занадто далеко від своєї зірки, щоб їх проковтнути, тоді як інші, можливо, були виштовхнуті назовні, коли зірка пихкала й пихкала. (Астрономи також бачили докази того, що деякі планети були не так пощастило у вигляді забруднені білі карлики, які багаті елементами, пов’язаними з планетами, такими як магній і залізо.) Очікується, що поточні спостереження космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) виявлять ще десятки екзопланет, що обертаються навколо білих карликів.

Якими б незвичайними вони не здавалися, ці планетарні системи все ще можуть бути придатними для життя, сказав Лімбах, який веде деякі спостереження білих карликів JWST. «Навколо білого карлика є місце, де можна отримати рідку воду» на поверхні планети, сказала вона. Але «це дуже складне середовище».

Більше спостережень за розвиненими сонячними системами та більше моделей, подібних до моделі Кейна, могли б краще зрозуміти долю нашої власної. Наразі загибель нашої планети — це кидок кубика від впевненості. Можливо, люди давно зникли з поверхні Землі, але будь-хто, глянувши в наш бік через 5 мільярдів років, може побачити, як наша планета витісняє вимираючі подихи нашого сонця — або, можливо, зникне в короткому спалаху світла.

Quanta проводить серію опитувань, щоб краще обслуговувати нашу аудиторію. Візьміть наші опитування читачів з фізики і ви будете введені, щоб виграти безкоштовно Quanta товар