Через пару миллиардов лет наше Солнце станет неузнаваемым. Он раздуется и станет красным гигантом, затем снова сожмется и станет белым карликом. Не ожидается, что внутренние планеты переживут весь хаос, который вызовут эти переходы, но что с ними произойдет? Что произойдет с внешними планетами?
Сейчас нашему Солнцу около 4,6 миллиардов лет. Сейчас он прочно находится в главной последовательности, то есть занимается синтезом водорода в гелий и высвобождением энергии. Но даже несмотря на то, что она примерно в 330 000 раз массивнее Земли, и почти вся эта масса состоит из водородного топлива, в конечном итоге оно закончится.
Примерно через пять миллиардов лет ее огромные запасы водорода истощатся. По мере сжигания водорода Солнце будет терять массу. По мере того, как он теряет массу, его гравитация ослабевает и больше не может противодействовать внешней силе, вызванной термоядерным синтезом. Звезда — это баланс между внешним расширением термоядерного синтеза и внутренней силой гравитации. В конце концов баланс Солнца, продолжавшийся миллиарды лет, пошатнется.
При ослаблении гравитации Солнце начнет расширяться и станет красным гигантом.
Солнце почти наверняка поглотит Меркурий и Венеру, когда станет красным гигантом. Он расширится и станет примерно в 256 раз больше, чем сейчас. Две внутренние планеты находятся слишком близко, и у них нет возможности спастись от раздувающейся звезды. Судьба Земли менее определенна. Возможно, его поглотит гигантское Солнце, а может и нет. Но даже если его не потреблять, он потеряет океаны и атмосферу и станет непригодным для жизни.
Солнце будет красным гигантом примерно один миллиард лет. После этого он претерпит ряд более быстрых изменений, снова сжимаясь и расширяясь. Но на этом хаос не заканчивается.
Солнце будет пульсировать и сбросит свои внешние слои, прежде чем превратится в крошечный остаток того, чем оно когда-то было: белого карлика.
Это произойдет с Солнцем, ему подобными и почти со всеми звездами, на которых есть планеты. Даже долгоживущие красные карлики (М-карлики) со временем станут белыми карликами, хотя их путь иной.
Астрономам известна судьба планет, находящихся слишком близко к звездам, претерпевающих эти бурные изменения. Но что происходит с планетами дальше? На свои луны? На астероиды и кометы?
Новое исследование, опубликованное в «Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества», посвящено этой проблеме. Название — «Долговременная изменчивость обломков, проходящих через белые карлики», а ведущий автор — доктор Аморнрат Аунгверойвит из Университета Наресуан в Таиланде.
«Практически все известные планеты-хозяева в конечном итоге превратятся в белых карликов, и значительная часть различных компонентов их планетных систем — планет, спутников, астероидов и комет — переживет эту метаморфозу», — пишут авторы.
Этому есть множество наблюдательных подтверждений. Астрономы обнаружили планетарные обломки, загрязняющие фотосферы белых карликов, а также обнаружили компактные диски обломков вокруг белых карликов. Эти результаты показывают, что не все переживает главную последовательность перехода от красного гиганта к белому карлику.
«Предыдущие исследования показали, что когда астероиды, луны и планеты приближаются к белым карликам, огромная гравитация этих звезд разрывает эти маленькие планетарные тела на все более мелкие кусочки», — сказал ведущий автор Аунгверойвит.
В этом исследовании авторы наблюдали трех белых карликов в течение 17 лет. Они проанализировали произошедшие изменения яркости. Каждая из трех звезд повела себя по-разному.
Когда планеты вращаются вокруг звезд, их транзиты упорядочены и предсказуемы. С мусором дело обстоит иначе. Тот факт, что три белых карлика продемонстрировали такие беспорядочные транзиты, означает, что вокруг них вращаются обломки. Это также означает, что природа этих обломков меняется.
«Непредсказуемая природа этих транзитов может свести с ума астрономов — в одну минуту они есть, а в следующую — их уже нет».
Профессор Борис Генсике, Уорикский университет
Когда небольшие тела, такие как астероиды и луны, разрываются на мелкие кусочки, они сталкиваются друг с другом, пока не остается ничего, кроме пыли. Пыль образует облака и диски, которые вращаются вокруг белых карликов.
Профессор Борис Генсике из Уорикского университета является одним из соавторов исследования. «Тот простой факт, что мы можем обнаруживать обломки астероидов, может быть, лун или даже планет, проносящихся вокруг белого карлика каждые пару часов, просто ошеломляет, но наше исследование показывает, что поведение этих систем может быстро меняться, в на несколько лет», — сказал Генсике.
«Хотя мы думаем, что находимся на правильном пути в наших исследованиях, судьба этих систем гораздо сложнее, чем мы могли себе представить», — добавил Генсике.
За 17 лет наблюдений все три белых карлика показали переменность.
Первый белый карлик (ZTF J0328?1219) был устойчивым и стабильным до крупного катастрофического события примерно в 2011 году. «Это может свидетельствовать о том, что около 2011 года в системе произошло крупное столкновение, в результате которого образовалось большое количество пыли, затмившей белого карлика. , который с тех пор постепенно рассеялся, хотя и оставил достаточно материала для объяснения продолжающейся транзитной деятельности, что подразумевает продолжающееся производство пыли», — объясняют исследователи.
Второй белый карлик (ZTF J0923+4236) тускнел нерегулярно каждые пару месяцев и демонстрировал хаотическую изменчивость во временном масштабе в несколько минут. «Эти долгосрочные изменения могут быть результатом продолжающегося разрушения планетезимали или столкновения между несколькими фрагментами, что приводит к временному увеличению производства пыли», — объясняют авторы в своей статье.
Третья звезда (WD 1145+017) демонстрировала большие различия в количестве, форме и глубине транзитов в 2015 году. Эта активность «совпадает с большим увеличением транзитной активности с последующим постепенным повторным увеличением яркости», объясняют авторы, добавляя что «общие тенденции, наблюдаемые в яркости WD?1145+017, связаны с различной интенсивностью транзитной активности».
Но теперь все эти транзиты исчезли.
«Непредсказуемая природа этих транзитов может свести с ума астрономов — в одну минуту они есть, а в следующую — их уже нет», — сказал Генсике. «И это указывает на хаотичную среду, в которой они находятся».
Но астрономы также обнаружили планетезимали, планеты и планеты-гиганты вокруг белых карликов, что указывает на то, что переходы звезд от главной последовательности к красным гигантам не уничтожают все. Пыль и обломки, которые астрономы видят вокруг этих белых карликов, могут исходить от астероидов или лун, оторвавшихся от планет-гигантов.
«Что касается остальной части Солнечной системы, то некоторые астероиды, расположенные между Марсом и Юпитером, и, возможно, некоторые спутники Юпитера могут быть смещены и подойти достаточно близко к возможному белому карлику, чтобы подвергнуться процессу измельчения, который мы исследовали», — сказал он. Профессор Генсике.
Когда наше Солнце наконец станет белым карликом, вокруг него, скорее всего, появятся обломки. Но обломки будут не с Земли. Так или иначе, Солнце уничтожит Землю во время фазы красного гиганта.
«Сможет ли Земля отойти достаточно быстро, прежде чем Солнце сможет догнать и сжечь ее, неясно, но [if it does] Земля бы [still] потеряет свою атмосферу и океан и станет не очень приятным местом для жизни», — объяснил профессор Генсике.
