Manh mối mới về điều gì sẽ xảy ra khi Mặt trời ăn Trái đất | Tạp chí Quanta

Số phận của Trái đất phụ thuộc vào việc lật đồng xu.

Trong 5 tỷ năm nữa, mặt trời của chúng ta sẽ bong bóng thành một ngôi sao khổng lồ đỏ. Liệu Trái đất có tồn tại được hay không là một “câu hỏi mở” Melinda Soares-Furtado, một nhà vật lý thiên văn tại Đại học Wisconsin, Madison. Chắc chắn, Trái đất có thể bị mặt trời nuốt chửng và hủy diệt. Nhưng trong một số kịch bản, Trái đất thoát ra ngoài và bị đẩy xa hơn vào hệ mặt trời.

Giờ đây, một hệ hành tinh gần đó đã đưa ra manh mối về tương lai vũ trụ của hành tinh chúng ta. Cách chúng ta khoảng 57 năm ánh sáng, bốn hành tinh quay quanh một ngôi sao giống như mặt trời 10 tỷ năm tuổi - già gấp đôi mặt trời và đang ở giai đoạn phát triển của cuộc đời. Stephen Kane, một nhà vật lý thiên văn chuyên về khả năng sinh sống của hành tinh tại Đại học California, Riverside, gần đây mô hình hóa những gì có thể xảy ra đến các hành tinh của hệ thống cũ khi ngôi sao trở thành sao khổng lồ đỏ sau một tỷ năm nữa. Ông phát hiện ra rằng hầu hết các hành tinh bên trong sẽ bị nhấn chìm, nhưng hành tinh ngoài cùng được biết đến, có quỹ đạo tương tự như sao Kim, có thể sống sót.

Tuổi cao của ngôi sao giúp mô hình hóa sự mở rộng của nó dễ dàng hơn và đưa ra dự báo chính xác hơn về tương lai của hệ hành tinh của chúng ta. “Đó là một bài báo rất thú vị,” nói Jonathon Zink, một nhà vật lý thiên văn tại Viện Công nghệ California. “Nếu chúng ta có thể tìm thấy [thêm] hệ thống ở các giai đoạn khác nhau của quá trình tiến hóa sao, chúng ta có thể có thể ghép lại những gì sắp xảy ra.”

thế giới giòn

Khi một hành tinh bị nhấn chìm, cái chết có thể xảy ra nhanh chóng. Vào năm 2022, Ricardo Yarza, một nhà vật lý thiên văn xuất sắc tại Đại học California, Santa Cruz, đã mô phỏng chuyện gì xảy ra khi một người khổng lồ đỏ nuốt chửng một hành tinh. Ông phát hiện ra rằng nếu hành tinh này bắt đầu ở đủ gần ngôi sao thì quỹ đạo của nó sẽ phân rã nhanh chóng. Yarza cho biết khí trong bầu khí quyển của ngôi sao tạo ra lực cản lên hành tinh và “hành tinh này tiếp tục lao ngày càng sâu hơn vào ngôi sao”. Trong vòng vài trăm năm nữa, hầu hết các hành tinh sẽ bị phá hủy.

Cho đến gần đây, những khoảnh khắc cuối cùng về sự sống của một hành tinh bị diệt vong “chưa bao giờ được quan sát trực tiếp”, cho biết. Kishalay De, một nhà thiên văn học tại Viện Công nghệ Massachusetts. Nhưng vào năm 2020, nhóm của De đã nhìn thấy một ngôi sao cách xa 12,000 năm ánh sáng tạm thời sáng hơn vài trăm lần. Ánh sáng quá mờ có thể là do sự hợp nhất với một ngôi sao khác. Nhưng đó chỉ là cường độ phù hợp được tạo ra bởi một bữa ăn cỡ hành tinh, De và các đồng nghiệp của ông báo cáo vào tháng Năm.

Nhóm nghiên cứu phỏng đoán rằng một hành tinh nặng gấp vài lần Sao Mộc đã bị cuốn vào khi ngôi sao 10 tỷ năm tuổi bắt đầu giãn nở thành sao khổng lồ đỏ. “Đây là tương lai của hệ mặt trời của chúng ta,” De nói.

Ngôi sao tiến hóa của chúng tôi

Khi một ngôi sao thuộc dãy chính như mặt trời của chúng ta – còn được gọi là sao loại G hoặc sao lùn vàng – sắp hết tuổi thọ, nó sẽ cạn kiệt lượng hydro cần thiết để cung cấp năng lượng cho phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi. Khi ngôi sao chuyển sang sử dụng các nguồn nhiên liệu khác và mất đi khối lượng, lõi của nó trở nên nóng hơn và bầu khí quyển của nó phồng lên trong hàng triệu năm. Cuối cùng, mặt trời của chúng ta sẽ rộng hơn 200 lần so với kích thước hiện tại của nó.

Mặt trời phồng lên đó sẽ tiêu thụ Sao Thủy và có thể cả Sao Kim, trước khi lớn đến mức nó tiến gần đến quỹ đạo Trái đất - một khoảng cách được gọi là một đơn vị thiên văn, hay AU. Nhưng nó có thể mở rộng hơn nữa. “Trong một số mô hình,” nói Antonino Lanza, một nhà thiên văn học tại Đài quan sát vật lý thiên văn Catania ở Ý, “nó có thể nhấn chìm sao Hỏa.” Ông nói, điều không chắc chắn chính nằm ở khối lượng mặt trời sẽ mất đi khi nó già đi; nó càng rụng nhiều thì bán kính cuối cùng của nó sẽ càng nhỏ. “Điều đó ít được biết đến,” ông nói.

Hiện tại, ước tính tốt nhất của chúng tôi cho thấy mặt trời sẽ tăng lên khoảng 0.85 đến 1.5 AU. Nhưng khi ngôi sao mất khối lượng, lực hấp dẫn yếu hơn sẽ làm tăng quỹ đạo Trái đất, nghĩa là hành tinh của chúng ta có thể thoát khỏi sự nhấn chìm.

Để nhìn thấy tương lai của Trái đất, các nhà thiên văn học hướng tới một quả cầu pha lê chứa đầy các hệ hành tinh ngoài hành tinh. Mục tiêu của họ là tìm kiếm những ngôi sao giống như mặt trời sẽ sớm phình to (hoặc vừa phình to) thành sao khổng lồ đỏ.

Đó là lý do tại sao Rho Coronae Borealis, một ngôi sao lùn màu vàng gần đó được cho là sắp kết thúc cuộc đời đầy nắng của nó, đã thu hút sự chú ý của Kane. Ba trong số bốn hành tinh được biết đến của nó có quỹ đạo gần ngôi sao, nằm trong đường đi của sao Kim quanh mặt trời của chúng ta. Hành tinh ngoài cùng có một năm kéo dài 282 ngày, có quỹ đạo tương tự như sao Kim.

Phân tích của Kane xuất bản tháng trước, cho thấy ngôi sao đang phát triển sẽ nhấn chìm ba hành tinh bên trong. Lớp trong cùng của những thế giới đó, được cho là chứa nhiều đá và có khối lượng gần gấp XNUMX lần Trái đất, sẽ bốc hơi trong vòng vài trăm năm nữa. Kane nói: “Plasma làm hành tinh này nóng lên và về cơ bản khiến nó bị phá vỡ. “Ngay cả những tảng đá trên bề mặt cũng sẽ tan chảy.” Thế giới tiếp theo, một khối khí khổng lồ có khối lượng bằng Sao Mộc, lớn đến mức nó sẽ xoắn ốc vào trong và bị xé toạc bởi lực hấp dẫn của ngôi sao, thay vì bốc hơi. Hành tinh thứ ba, một thế giới có khối lượng nhỏ hơn sao Hải Vương, có thể cũng sẽ bị nhấn chìm và bốc hơi.

Nhưng hành tinh ngoài cùng — cũng có khối lượng bằng Sao Hải Vương — có thể tồn tại. Khi ngôi sao giãn nở, nó sẽ tạm thời nhấn chìm hành tinh này trong vài nghìn năm. Trong thời gian này, nhiệt độ khắc nghiệt sẽ nướng bề mặt hành tinh, nhưng bản thân hành tinh này sẽ tồn tại vì bầu khí quyển của ngôi sao không dày đặc ở khoảng cách này. Ngôi sao sau đó sẽ co lại và giãn nở một lần nữa, một lần nữa nhấn chìm hành tinh trong vài thiên niên kỷ. Nếu hành tinh này có thể sống sót khi bị đùa giỡn như một con chuột mèo, thì nó có thể thoát ra khỏi bầu khí quyển khi ngôi sao co lại lần cuối. Kane nói: “Vì vậy, cuối cùng nó có cơ hội trốn thoát.

Kane lạc quan về những cơ hội của hành tinh và ý nghĩa của chúng đối với thế giới của chúng ta. “Tôi nghi ngờ rằng Trái đất sẽ di chuyển ra ngoài và nó sẽ tồn tại,” ông nói.

The Great Escape

Nếu một hành tinh có thể thoát khỏi sự nhấn chìm, cơ hội cho sự sống lâu hơn của nó sẽ đầy hứa hẹn. Khi một ngôi sao giống như mặt trời của chúng ta nở ra thành một ngôi sao khổng lồ đỏ và bong ra các lớp bên ngoài, cuối cùng thứ duy nhất còn lại là một xác sao dày đặc, nóng trắng được gọi là sao lùn trắng. Những vật thể này chứa khối lượng bằng một nửa ngôi sao ban đầu, được gói gọn trong một khu vực có kích thước bằng Trái đất. Chúng sẽ tiếp tục cháy trong hàng nghìn tỷ năm.

Trong hai thập kỷ qua, các nhà khoa học đã tìm thấy một một số ngoại hành tinh quay quanh các sao lùn trắng, cho biết Mary Anne Limbach, một nhà khoa học ngoại hành tinh tại Đại học Michigan. Những hành tinh này đã sống sót qua giai đoạn sao khổng lồ đỏ của ngôi sao của chúng, mặc dù không rõ chính xác bằng cách nào. Một số thế giới — có xu hướng trở thành những hành tinh khí khổng lồ lớn hơn — có lẽ ở quá xa ngôi sao của chúng nên không thể bị nuốt chửng, trong khi những thế giới khác có thể bị đẩy ra ngoài khi ngôi sao thở hổn hển và phồng lên. (Các nhà thiên văn học cũng đã thấy bằng chứng cho thấy một số hành tinh không may mắn trong các hình thức sao lùn trắng bị ô nhiễm, rất giàu các nguyên tố liên quan đến các hành tinh, chẳng hạn như magie và sắt.) Các quan sát đang diễn ra của Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) dự kiến ​​sẽ phát hiện thêm hàng chục ngoại hành tinh quay quanh các sao lùn trắng.

Limbach, người đứng đầu một số quan sát sao lùn trắng JWST, cho biết dù có vẻ bất thường nhưng những hệ hành tinh này vẫn có thể sinh sống được. Bà nói: “Có một nơi xung quanh sao lùn trắng nơi bạn có thể lấy được nước ở dạng lỏng” trên bề mặt một hành tinh. Nhưng “đó là một môi trường rất thách thức.”

Nhiều quan sát hơn về các hệ mặt trời đã phát triển và nhiều mô hình như của Kane, có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về số phận của chính chúng ta. Hiện tại, cái chết của hành tinh chúng ta chỉ là một trò tung xúc xắc không chắc chắn. Con người có thể đã biến mất khỏi bề mặt Trái đất từ ​​lâu, nhưng bất kỳ ai nhìn về phía chúng ta trong 5 tỷ năm nữa đều có thể thấy hành tinh của chúng ta đang hấp hối trong hơi thở hấp hối của mặt trời - hoặc có lẽ, biến mất trong một tia sáng ngắn ngủi.

Quanta đang tiến hành một loạt cuộc khảo sát để phục vụ khán giả của chúng tôi tốt hơn. Lấy của chúng tôi khảo sát độc giả vật lý và bạn sẽ được tham gia để giành chiến thắng miễn phí Quanta hàng hóa.